NO6温度检测系统电子课件 传感器与检测技术(第2版）.ppt

目录温度是表征物体冷热程度的物理量，为了定量地描述温度的高低，必须建立温度标尺，即温标。温标就是温度的数值表示。各种温度计和温度传感器的温度数值均由温标确定。历史上提出过多种温标，如早期的经验温标（摄氏温标和华氏温标）、理论上的热力学温标和当前世界通用的国际温标。热力学温标确定的温度数值为热力学温度(符号为T)，单位为开尔文(符号为K)。温度检测系统目录温度检测一般采用热电式传感器。热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置。它利用传感元件的电磁参数随温度变化的特性来达到检测的目的。例如，将温度转化为电阻、磁导或电动势等的变化，通过适当的检测电路，就可由这些电参数的变化来表达所测温度的变化。温度检测系统目录通过熟悉热电阻式传感器的使用，了解温度检测的一般原理和使用条件，掌握温度传感器的一般分类、原理和使用方法。任务 认识温度传感器知识目标目录通过实践操作和训练理解，初步认识热电阻式传感器及其检测适应性，了解工业中常用的各种温度传感器使用方法和一般规程。技能目标任务 认识温度传感器目录热电阻是利用导体的电阻随温度变化而变化的特性检测温度的。目前应用得较多的热电阻材料有铂和铜等。一、热电阻式温度传感器任务 认识温度传感器目录因此要求作为检测用的热电阻材料必须具备以下特点任务 认识温度传感器（1）电阻温度系数要尽可能大和稳定（2）电阻率高（3）电阻与温度之间关系最好成线性目录1.铂电阻由于铂电阻物理、化学性质在高温和氧化性介质中很稳定，它能用做工业测温元件和作为温度标准。按国际温标ITS-90 规定，在-259.34 630.74 温域内，以铂电阻温度计作基准器。铂电阻与温度的关系，在0 630.74 以内为式中，Rt 为温度为t 时的电阻()；R0为温度为0 时的电阻()；t 为温度()。任务 认识温度传感器目录在-190 0 以内为式中，A、B、C 为分度系数(1/)。由以上两式可知，要确定电阻Rt 与温度t 的关系，首先要确定R0的数值，R0不同时，Rt 与t 的关系不同。在工业上将相应于R0=50 和100 的Rt-t 关系制成分度表，称为热电阻分度表，表6-1 为PT100 型铂热电阻分度持性表，可供使用者查阅。任务 认识温度传感器目录任务 认识温度传感器目录工业用铂热电阻体的结构如图6-1 所示，一般由直径为0.030.07 mm 的纯铂丝绕在平板形支架上，用银导线作引出线。任务 认识温度传感器目录2铜电阻在检测精度不太高、测温范围不大的情况下，可以采用铜电阻来代表铂电阻，这样可以降低成本，同时也能达到精度要求。在-50 150 的温度范围内，铜电阻与温度呈线性关系，可用式子表示为式中，为铜电阻温度系数，其值为4.25 10-34.28 10-3-1。任务 认识温度传感器目录铜热电阻体的结构如图6-2 所示。通常用直径为0.1 mm 的漆包线或丝包线双线绕制，而后浸以酚醛树脂成为一个铜电阻体，再用镀银铜线作引出线，穿过绝缘套管便制作成铜电阻。同铂热电阻一样，我国以R0值在100 或50 条件下，制成相应分度表作为标准，供使用者查阅。任务 认识温度传感器目录3其他热电阻上述两种热电阻对于低温和超低温检测性能不理想，而铟、锰、碳等热电阻材料却是检测低温和超低温的理想材料。因此，一般采用上述材料制作低温热电阻传感器。任务 认识温度传感器目录铟电阻用99.999%高纯度的铟丝绕成电阻，可在室温至4.2 K 温度范围内使用。试验证明，在4.2 K 15 K 温度范围内，铟电阻灵敏度比铂电阻高10倍。其缺点是材料软，复制性差。锰电阻在2 K 63 K 温度范围内，电阻随温度变化大，灵敏度高，缺点是材料脆，难拉成丝。碳电阻适合于液氦温域的温度检测，价廉，对磁场不敏感，但热稳定性较差。任务 认识温度传感器目录1.热电效应及热电偶将两种不同成分的导体组成一个闭合回路，如图6-5 所示，当闭合回路的两个接点分别置于不同的温度场中，回路中产生一个方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关的电动势，这种效应称为热电效应。二、热电偶式温度传感器任务 认识温度传感器目录若两端的温差越大，产生的电动势也越大。两种导体组成的回路称为热电偶，这两种导体称为热电极，产生的电动势称为热电动势。任务 认识温度传感器目录热电偶的热电动势由两部分组成任务 认识温度传感器一部分是两种导体的接 一部分是两种导体的接触电动势 触电动势另一部分是单一导体的 另一部分是单一导体的温差电动势 温差电动势目录常用的热电偶由两根不同的导线组成，它们的一端焊接在一起，为工作端（或称为热端）T，测温时将它置于温度场中；不连接的两个称为自由端（或称为冷端）T0，与检测仪表引出的导线相连接。当热端与冷端有温差时检测仪表便能测出被测温度。热电偶由温差产生的热电动势是随介质温度变化而变化的，其关系为任务 认识温度传感器目录综上所述，热电动势的大小只与材料和接点温度有关，与热电偶的尺寸、形状及沿电极温度分布无关。如果冷端温度固定，则热电偶的热电势就是被测温度的单值函数，即任务 认识温度传感器目录作为热电偶回路电极的金属导体应具备以下几个特点任务 认识温度传感器（1）配对的热电偶应有较大的热电动势，并且热电动势与温度尽可能有良好的线性关系（2）能在较宽的温度范围内应用，并且在长时间工作后，不会发生明显的化学及物理性质的变化。（3）温度系数小，电导率高。（4）易于复制，工艺性与互换性好，便于制定统一的分度表，材料要有一定的韧性，焊接性能好，以利于制作。目录2.工业热电偶的结构形式按结构形式和用途可分为任务 认识温度传感器工业热电偶普通型热电偶 铠装热电偶 多点式热电偶 薄膜热电偶目录按照材料可分为任务 认识温度传感器工业热电偶难熔金属热电偶 贵金属热电偶 廉价金属热电偶目录按照使用温度可分为任务 认识温度传感器工业热电偶高温热电偶 中温热电偶 低温热电偶目录任务 认识温度传感器目录1）普通型热电偶其特点如下（1）绝缘管是为防止两根热电极之间以及热电极与保护套之间短路而设置，形状一般为圆形、椭圆形，中间开有单孔、双孔、四孔、六孔，材料视其使用的热电偶类型而定。（2）保护套管的作用是保护热电偶的感温元件免受被测介质化学腐蚀、机械损伤，避免火焰和气流直接冲击以及提高热电偶的强度。任务 认识温度传感器目录（3）接线盒是用来固定接线座和提供热电偶补偿导线连接用的，它的出线孔和盖子都用垫圈加以密封，以防污物落入而影响接线的可靠性。任务 认识温度传感器目录任务 认识温度传感器目录2）铠装热电偶铠装热电偶又称为缆式热电偶，是由热电极、绝缘材料（通常为电熔氧化镁）和金属保护管三者经拉伸结合而成的。铠装热电偶有单支（双芯）和双支（四芯）之分，其检测端有碰底型、不碰底型、露头型和帽型等几种形式，如图6-8 所示。任务 认识温度传感器目录任务 认识温度传感器目录任务 认识温度传感器目录3）薄膜热电偶薄膜热电偶是用真空蒸镀的方法，把两种热电极材料分别沉积在绝缘基片上形成的一种快速感温元件。采用蒸镀工艺，热电偶可以做得很薄，尺寸可做得很小。它的特点是热容量小，响应速度快，特别适用于检测瞬变的表面温度和微小面积上的温度。任务 认识温度传感器目录3.热电偶冷端的温度补偿任务 认识温度传感器补偿导线法冷端温度修正法仪表机械零点调整法补偿电桥法0 恒温法12345目录红外线是位于可见光中红光以外的光线，因此称为红外线。是一种人眼看不见的光线，任何物体，只要其温度高于绝对零度就有红外线向周围空间辐射。物体的温度越高，辐射出的红外线越多，红外辐射的能量就越强。红外线其波长范围在0.75m 1000m 的频谱范围内。三、红外传感器任务 认识温度传感器目录1.热释电效应热释电效应是指当某些电介物质的表面温度发生变化时，在这些电介物质的表面上就会产生电荷的变化。用具有这种效应的电介质制成的元件称为热释电元件。热释电元件常用材料有单晶、压电陶瓷及高分子薄膜等。任务 认识温度传感器目录2.热释电红外传感器任务 认识温度传感器热释电红外传感器的结构及内部电路目录透射过来的红外线照射在光敏元件上，那么光敏元件输出的信号由高输入阻抗的场效应管(FET)放大器放大，并转换为低输出阻抗的输出电压信号。按照采用的敏感元件的不同，热释电红外传感器又分为热敏电阻型红外传感器、热电偶型红外传感器、光电池型红外传感器、光导纤维型红外传感器、光敏电阻型红外传感器等。任务 认识温度传感器目录3.量子型红外传感器PbS 量子型红外光敏元件对近红外光到3m 红外光有较高的灵敏度，可在室温下工作。当红外光照射在PbS 光敏元件上时，因为会发生光电效应，PbS 光敏元件的阻值发生变化。因电阻的变化，从而引起PbS 光敏元件两电极间电压的变化。因电阻的变化，从而引起PbS 光敏元件两电极间电压的变化。任务 认识温度传感器目录PbS 红外光敏元件主要是由PbS 光敏元件、电极、玻璃基极、引脚等组成。先在玻璃基极上制成金电极，然后蒸镀PbS 薄膜，再引出电极线。为了防止PbS 光敏元件被氧化，将PbS 光敏元件封入真空容器中，并用玻璃或蓝宝石做光窗口。当光照射在PbS 光敏元件上时，电极两端产生光生电动势，此电动势的大小与光照强度成比例。任务 认识温度传感器目录任务 认识温度传感器PbS 红外光敏元件的结构目录4.红外传感器的应用红外传感器可以检测到物体发射出的红外线，用红外线作为检测媒介，实现某些非电量的测量，比可见光做媒介的检测方法要好。主要体现在：红外线(指中、远红外线)不受周围可见光的影响，可昼夜测量；由于被测对象本身会辐射红外线，故不必设光源，比较方便；大气对某些特定波长范围内的红外线吸收甚少(如2m 2.6m，3m 5m，8m 14m 三个波段称为“大气窗口”)，故适用于遥感、遥测技术。红外传感器及检测技术广泛应用于工业、农业、水产、医学、土木建筑、海洋、气象、航空、宇航等各个领域，应用非常广泛。任务 认识温度传感器目录1)红外测温仪红外辐射测温仪由光学系统、调制器、红外传感器、放大器、显示器等部分组成。任务 认识温度传感器目录2)红外热像仪通过红外测温仪，可以知道物体表面的平均温度，但要了解物体的温度分部情况，探测物体内部的结构等情况，就需要把物体的温度分布以图像的形式直观地显示出来，即红外成像。目前，主要采用了红外变像管、红外摄像管、集成红外电荷耦合器件三种成像器件，显示物体红外辐射的热像图。其中，集成红外电荷耦合器件(红外CCD)是最理想，最有发展前途的固态成像器件。任务 认识温度传感器目录任务 认识温度传感器红外热像仪原理目录实训目标使用热电阻传感器检测沸水温度，掌握一般情况下的温度检测技巧，学会选择通用条件下的温度传感器。实训一 认识热电阻传感器目录实训一 认识热电阻传感器目录实训一 认识热电阻传感器目录实训一 认识热电阻传感器目录实训目标使用电炉加热烧杯中的水，通过热电阻传感器检测烧杯中水的温升曲线，进一步掌握与温度相关的数据获得和检测技巧，提高选择和调试普通温度条件下测温传感器的能力。实训二 使用热电阻温度传感器检测水的温升曲线目录实训二 使用热电阻温度传感器检测水的温升曲线目录注意事项（1）热电阻传感器针对的是水的温升曲线，传感器的敏感面需要浸没于水中，所以检测过程中注意传感器在水中的位置情况。（2）检测时，热电阻传感器的伸出导线不能与水发生接触。（3）使用电炉加热清水时，应注意安全，不要使用手直接接触电炉、烧杯等热体，同时避免被水蒸气烫伤。实训二 使用热电阻温度传感器检测水的温升曲线目录实训目标使用热电偶传感器检测酒精灯火焰中心温度，掌握高温情况下的检测技巧，学会选择高温条件下的温度传感器。实训三使用热电偶温度传感器检测火焰中心温度目录实训三使用热电偶温度传感器检测火焰中心温度目录实训三使用热电偶温度传感器检测火焰中心温度目录实训三使用热电偶温度传感器检测火焰中心温度目录实训三使用热电偶温度传感器检测火焰中心温度目录实训三使用热电偶温度传感器检测火焰中心温度目录注意事项（1）连线时需要使导线连接可靠，接触电阻尽可能小，以避免在检测时产生额外检测误差。在初次检测时，可检查输入或输出导线与热电阻外壳之间的绝缘电阻，如小于100 M，需要更换热电偶。（2）热电偶一般用于检测高温，在这种环境下应注意安全，避免烫伤。（3）热电偶敏感区应选择较小尺寸，以便检测时能够区分出火焰中心区和边缘区。实训三使用热电偶温度传感器检测火焰中心温度目录思考与练习1.热电阻传感器的接线方式有二线制、三线制和四线制，请从网络上查询这几种接线形式的电路，并试从电路中检测电压，分析产生的误差。2.在使用热电阻检测水的温升曲线时，有可能产生检测误差的原因有哪些？3.在热处理工艺中，需要保持炉内温度基本恒定，一般采用多点温度检测，对于多路热电偶检测，如何选用数显表？思考与练习