学习情境1：电子温度计的制作

1、学习情境学习情境1 1 电子温度计的制作电子温度计的制作 温度检测温度检测传感器应用传感器应用电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测利用热电偶传感器测量温度利用热电偶传感器测量温度利用数码管显示测量值利用数码管显示测量值测量范围为测量范围为0+100 分辨力为分辨力为0.1 测量精度测量精度1RDl字字 学习情境要求学习情境要求电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测知识目标知识目标能力目标能力目标素质目标素质目标掌握热电偶掌握热电偶传感器、热传感器、热电阻传感器电阻传感器、红外线传、红外线传感器的结构感器的结构及工作特性及工作特性掌握利用热掌握利用热电偶传感器电偶传感器制作温度测制

2、作温度测量仪的基本量仪的基本原理及方法原理及方法培养耐心细培养耐心细致严谨扎实致严谨扎实的工作作风的工作作风及团结协作及团结协作的合作精神的合作精神学习情境目标学习情境目标电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测学习情境内容学习情境内容知识准备知识准备1热电偶性能检测热电偶性能检测2 电子温度计电路组装及调试电子温度计电路组装及调试3知识拓展知识拓展4电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测学习情境内容学习情境内容知识准备知识准备电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测温度检测产品介绍温度检测产品介绍电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测红外线辐射温度计红外线辐射温度计激光用

3、于瞄准激光用于瞄准温度检测产品介绍温度检测产品介绍电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测一、热电偶工作原理一、热电偶工作原理知识准备知识准备热电偶温度计系统原理图热电偶温度计系统原理图电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测一、热电偶工作原理一、热电偶工作原理v 1 1热电效应热电效应n将两种不同的导体或半导体两端相接组成闭合回路，回路中就会产生一个热电动势，这种现象称为热电效应。知识准备知识准备电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测一、热电偶工作原理一、热电偶工作原理v 2 2热电偶特点：热电偶特点： 热电偶必须采用两种不同材料作为电极，否则无论导体截面如何、温度分布如何，回

4、路中的总热电动势恒为零。 若热电偶两接点温度相同，尽管采用了两种不同的金属，回路总电动势恒为零。 热电偶回路总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、形状无关。热电偶测温系统示意图热电偶测温系统示意图热电偶回路热电偶回路知识准备知识准备电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测二、热电偶的基本定律二、热电偶的基本定律v 1 1中间导体定律中间导体定律n在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种导体和原导体的两接点温度相同，则回路中总的热电动势不变。v 2 2中间温度定律中间温度定律n热电偶在两接点温度t, to时的热电动势等于该热电偶在接点温度为t, tn和tn, to时的热电动

5、势的代数和。v 3 3参比电极定律参比电极定律v 4 4均质导体定律均质导体定律知识准备知识准备电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测三、热电偶的材料、结构及种类三、热电偶的材料、结构及种类v 1 1热电偶材料热电偶材料用做热电偶的材料应具备如下几方面的条件：n 测量范围广。要求在规定的温度测量范围内具有较高的测量精确度、较大的热电动势，温度与热电动势的关系是单值函数。n 性能稳定。要求在规定的温度测量范围内使用时热电性能稳定，有较好的均匀性和复现性。n 化学性能好。要求在规定的温度测量范围内使用时有良好的化学稳定性、抗氧化或抗还原性能，不产生蒸发现象。n分别有铂铑30-铂铑6、铂铑10

6、-铂、镍铬一镍硅、镍铬一镍铜、镍铬一镍铝、铜一铜镍。知识准备知识准备电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测三、热电偶的材料、结构及种类三、热电偶的材料、结构及种类v 2 2热电偶结构热电偶结构1 1测量端；测量端；2 2热电极；热电极；3 3绝缘管；绝缘管； 4 4保护套管；保护套管；5 5接线盒接线盒普通工业热电偶结构普通工业热电偶结构v 3 3热电偶种类热电偶种类n(1) (1) 标准型热电偶标准型热电偶n(2) (2) 非标准型热电偶非标准型热电偶n(3) (3) 薄膜热电偶薄膜热电偶知识准备知识准备电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测四、热电偶的冷端补偿四、热电偶的冷端补

7、偿v 1 1补偿导线法补偿导线法n补偿导线由两种不同性质的廉价金属材料制成，在0150温度范围内与配接的热电偶具有相同的热电特性。补偿导线起到了延伸热电极的作用，达到了移动热电偶冷端位置的目的。补偿导线在测温回路中的连接补偿导线在测温回路中的连接A A，B B热电偶电极热电偶电极AA、BB补偿导线补偿导线toto热电偶原冷端温度热电偶原冷端温度toto热电偶新冷端温度热电偶新冷端温度知识准备知识准备电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测四、热电偶的冷端补偿四、热电偶的冷端补偿v 2 2补偿电桥法补偿电桥法n补偿电桥法是利用不平衡电桥产生的不平衡电势去补偿因热电偶冷端温度变化而引起的热电动

8、势的变化，它可以自动地将冷端温度校正到补偿电桥的平衡点温度上。1 1热电偶热电偶2 2补偿导线补偿导线3 3铜导线铜导线4 4补偿电桥补偿电桥热电偶冷端补偿电桥热电偶冷端补偿电桥知识准备知识准备电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测v 3 3计算修正法计算修正法n在实际应用中，冷端温度并非一定为0，所以测出的热电动势是不能正确反映热端实际温度的。为此，必须对温度进行修正。修正公式采用中间温度定律。v 4 4显示仪表机械零位调整法显示仪表机械零位调整法n当热电偶冷端温度已知且恒定时（to0），工程上常用一种简单方便的机械零位调整法，进一步对温度测量值进行校正。即在未工作之前，预先将有零位调

9、整器的温度显示仪表的指针从刻度的初始值（机械零位）调至已知的冷端温度值上即可。v 5 5冰浴法冰浴法n将当热电偶冷端温度已知且恒定时（to0），工程上常用一种简单方便的机械零位调整法，进一步对温度测量值进行校正。即在未工作之前，预先将有零位调整器的温度显示仪表的指针从刻度的初始值（机械零位）调至已知的冷端温度值上即可。n热电偶的冷端置于温度为0的恒温器内（如冰水混合物），使冷端温度处于0。四、热电偶的冷端补偿四、热电偶的冷端补偿知识准备知识准备电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测学习情境内容学习情境内容热电偶性能检测热电偶性能检测电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测热电偶性能检

10、测热电偶性能检测记录结果、验证热电效应记录结果、验证热电效应结论结论依据测试步骤连接电路依据测试步骤连接电路步骤步骤热电偶、差放、电源、热电偶、差放、电源、F/VF/V表表器件器件熟悉热电偶原理及现象熟悉热电偶原理及现象目的目的测试步骤测试步骤电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测测试步骤测试步骤v 步骤一：熟悉热电偶原理及原器件。步骤一：熟悉热电偶原理及原器件。n了解热电偶原理：将两种不同的导体或半导体两端相接组成闭合回了解热电偶原理：将两种不同的导体或半导体两端相接组成闭合回路，当两个接点分别置于不同温度路，当两个接点分别置于不同温度t t、t0t0（tt0tt0）中时，回路中就）中

11、时，回路中就会产生一个热电动势，这种现象称为热电效应。两种导体称为热电会产生一个热电动势，这种现象称为热电效应。两种导体称为热电极，所组成的回路称为热电偶，热电偶的两个工作端分别称为热端极，所组成的回路称为热电偶，热电偶的两个工作端分别称为热端和冷端。和冷端。n了解热电偶在实验仪上的位置及符号，实验仪所配的热电偶是由了解热电偶在实验仪上的位置及符号，实验仪所配的热电偶是由铜铜康铜组成的简易热电偶，分度号为康铜组成的简易热电偶，分度号为T T，它封装在双孔悬臂梁，它封装在双孔悬臂梁的下片梁的加热器里面（不可见）。实验仪有两个热电偶，它封装的下片梁的加热器里面（不可见）。实验仪有两个热电偶，它封装

12、在双平行梁的上片梁的上表面（在梁表面中间二根细金属丝焊成的在双平行梁的上片梁的上表面（在梁表面中间二根细金属丝焊成的一点，就是热电偶）和下片梁的下表面，二个热电偶串联在一起产一点，就是热电偶）和下片梁的下表面，二个热电偶串联在一起产生热电势为二者的总和。生热电势为二者的总和。 热电偶性能检测热电偶性能检测电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测测试步骤测试步骤v 步骤二：按图连接电路步骤二：按图连接电路n按图接线，开启主、副电源，调节差动放大器调零旋钮，使按图接线，开启主、副电源，调节差动放大器调零旋钮，使F FV V表表显示零，记录下自备温度计的室温。显示零，记录下自备温度计的室温。热电

13、偶性能检测热电偶性能检测电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测测试步骤测试步骤v 步骤三：测量温度、电势差并记入下表步骤三：测量温度、电势差并记入下表n测测E E：将：将15V15V直流电源接入加热器的一端，加热器的另一端接地，直流电源接入加热器的一端，加热器的另一端接地，观察观察F FV V表显示值的变化，待显示值稳定不变时记录下读数表显示值的变化，待显示值稳定不变时记录下读数E E。 n测测T T：(1) (1) 用自备的温度计测出上梁表面热电偶处的温度用自备的温度计测出上梁表面热电偶处的温度t1t1并记录并记录下来下来 。(2) (2) 用自备的温度计测出下梁表面加热器处的温度用自

14、备的温度计测出下梁表面加热器处的温度t2t2并记并记录下来。（注意：温度计的测温探头不要触到应变片，只要触及热录下来。（注意：温度计的测温探头不要触到应变片，只要触及热电偶处附近的梁体即可）。电偶处附近的梁体即可）。热电偶性能检测热电偶性能检测电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测测试步骤测试步骤v 步骤四：结果分析步骤四：结果分析n根据热电偶的公式根据热电偶的公式Eab(t,to)=Eab(t,tn)+Eab(tn,to)Eab(t,to)=Eab(t,tn)+Eab(tn,to)。计算：热端。计算：热端温度为温度为t t，冷端温度为，冷端温度为00时的热电势，时的热电势，Eab(t,

15、to),Eab(t,to),根据计算结果，根据计算结果，查分度表得到温度查分度表得到温度t t。 n热电偶测得温度值与自备温度计测得温度值相比较，分析结果。热电偶测得温度值与自备温度计测得温度值相比较，分析结果。n实验完毕，关闭主、副电源，尤其是加热器实验完毕，关闭主、副电源，尤其是加热器15V15V电源（自备温度电源（自备温度计测出温度后马上拆去计测出温度后马上拆去15V15V电源连接线），其他旋钮置原始位置。电源连接线），其他旋钮置原始位置。 热电偶性能检测热电偶性能检测电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测学习情境内容学习情境内容电路组装及调试电路组装及调试电子温度计制作电子温度计

16、制作温度检温度检测测电子温度计电路组装及调试电子温度计电路组装及调试 步骤一步骤一 步骤二步骤二 步骤三步骤三电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测步骤一：确定系统方案步骤一：确定系统方案 v 利用热电偶温度传感器组成的测量电路测出温度变化的电压信号，利用热电偶温度传感器组成的测量电路测出温度变化的电压信号，以模拟信号的方式传送到前置差动放大电路，差动放大器电路把传感器以模拟信号的方式传送到前置差动放大电路，差动放大器电路把传感器输出的微弱信号进行一定倍数的放大，然后送如输出的微弱信号进行一定倍数的放大，然后送如A/DA/D转换器中。再由转换器中。再由A/DA/D转换电路把接收到的模拟信

17、号转换成数字信号，传送到显示电路，最后转换电路把接收到的模拟信号转换成数字信号，传送到显示电路，最后由显示电路显示数据。由显示电路显示数据。电子温度计电路组装及调试电子温度计电路组装及调试电路一电路一电路二电路二电路三电路三电路四电路四电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测步骤二：搭建各电路单元步骤二：搭建各电路单元 v 1 1热电偶温度传感器的测量电路热电偶温度传感器的测量电路电子温度计电路组装及调试电子温度计电路组装及调试电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测步骤二：搭建各电路单元步骤二：搭建各电路单元 v 2 2差动放大电路差动放大电路电子温度计电路组装及调试电子温度计电路组

18、装及调试电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测步骤二：搭建各电路单元步骤二：搭建各电路单元 v 3 3A/DA/D转换电路及显示电路转换电路及显示电路电子温度计电路组装及调试电子温度计电路组装及调试电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测v 在实际工作中，要求电路的供电电压为在实际工作中，要求电路的供电电压为 5V5V5%5%。如果测量。如果测量显示值大于某一个超限值，对应的控制端口就会立即输出高电平。显示值大于某一个超限值，对应的控制端口就会立即输出高电平。传感器一般都有一定的误差，可以微调一下前置放大电路中的电传感器一般都有一定的误差，可以微调一下前置放大电路中的电位器来校正。位

19、器来校正。v 如果传感器发生开路故障如果传感器发生开路故障, ,显示就会出现显示就会出现+5V+5V，如果传感器，如果传感器及其引线发生了短路，显示就会立即出现及其引线发生了短路，显示就会立即出现0V0V。为了防止传感器。为了防止传感器出现开路或者短路之后可能会引起的不良后果，此时，控制输出出现开路或者短路之后可能会引起的不良后果，此时，控制输出端口都会优先关闭。端口都会优先关闭。步骤三：电路调试步骤三：电路调试电子温度计电路组装及调试电子温度计电路组装及调试电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测学习情境内容学习情境内容知识拓展知识拓展电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测一、热电

20、阻传感器概述一、热电阻传感器概述v 热电阻概念热电阻概念n利用导体或半导体的电阻值随温度的变化而变化的特性来测量温度的感温元件叫热电阻。它可用于测量-200500范围内的温度。v 热电阻分类热电阻分类n1金属热电阻n2半导体热敏电阻电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测二、金属热电阻二、金属热电阻v 1 1测温原理测温原理n金属导体的电阻大多都具有随温度变化的特性。 Rt=R0l+(t-to) Rt, R0分别为热电阻在t和0时的电阻值； 为热电阻的电阻温度系数（1/）。感温原件材料：（1） 越大越好（2）纯金属更大（3）物理、化学性能稳定（4） 保持常数-线性刻度特征（5）大的电阻率-

21、减小热电阻体积、热惯性，复现性好。电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测v 2 2常用金属热电阻常用金属热电阻n（1）铂热电阻（2）铜热电阻（3）铁和镍热电阻电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测铂热电阻铂热电阻 物理、化学性能非常稳定，是制造热电阻最好的材料。广泛用于物理、化学性能非常稳定，是制造热电阻最好的材料。广泛用于标准温度计。目前测温复现性最好的一种温度计。标准温度计。目前测温复现性最好的一种温度计。-200900铂的纯度铂的纯度 铂丝的电阻值与温度的关系铂丝的电阻值与温度的关系铂电阻的两种分度号铂电阻的两种分度号0100)100(RRw时的电阻阻值水沸点时的电阻阻值水沸

22、点01000100RR390. 1387. 1)100(位于w32020)100(1, 0190)1 (,755.6300ttCBtAtRRBtAtRRtt10)0(: )0(,100)0(: )100(RptRPt电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测铜热电阻铜热电阻当测量精度要求不高，温度范围在当测量精度要求不高，温度范围在-50150)1 (0tRRt50)0(: )0(,100)0(: )100(RCuRCu铜电阻的两种分度号铜电阻的两种分度号铜电阻值与温度的关系铜电阻值与温度的关系电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测三、半导体热敏电阻三、半导体热敏电阻v 1 1测温原理

23、测温原理n半导体热敏电阻是利用半导体的电阻值随温度显著变化的特性制成的。在一定的范围内通过测量热敏电阻阻值的变化情况，就可以确定被测介质的温度变化情况。v 2 2特点特点n灵敏度高、体积小、反应快。v 3 3常用半导体热敏电阻常用半导体热敏电阻n（1）负温度系数热敏电阻（NTC）n（2）正温度系数热敏电阻（PTC）电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测1.负温度系数热敏电阻负温度系数热敏电阻(NTC) 最常见的，锰、钴、铁、镍和铜等多最常见的，锰、钴、铁、镍和铜等多种金属氧化物混合烧制而成种金属氧化物混合烧制而成（1）电阻和温度之间呈负指数关系；）电阻和温度之间呈负指数关系；（2）温度达

24、到某一数值，突然下降；）温度达到某一数值，突然下降；2.正温度系数热敏电阻（正温度系数热敏电阻（PTC） 由金属陶瓷制成由金属陶瓷制成（1）电阻和温度之间呈正指数关系；）电阻和温度之间呈正指数关系；（2）温度达到某一数值，突然上升；）温度达到某一数值，突然上升；电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测红外传感器测温原理红外传感器测温原理v 红外辐射测量温度红外辐射测量温度n红外辐射俗称红外线，是一种不可见光。由于它是位于可见光中红色光线以外的光线，所以被称为红外线。n凡是存在于自然界的物体，都会放射出红外线，只是它们发射的红外线的波长不同而已。外

25、线传感器可以检测到这些物体发射的红外线，用于测量、成像或控制。n红外辐射的物理本质是热辐射。一个炽热物体向外辐射的能量大部分是通过红外线辐射出来的。红外线被物体吸收时，可以显著地转变为热能。电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测红外传感器红外传感器v 1 1红外传感器的应用红外传感器的应用n红外辐射计用于辐射和光谱辐射测量。n搜索和跟踪系统用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进行跟踪。n热成像系统可产生整个目标红外辐射的分布图像，如红外图像仪、多光谱扫描仪等。n红外测距和通信系统。v 2 2特点特点n可昼夜测量，不受周围可见光的影响。n大气对某些波长的红外线吸收非常少， 所

26、以适用于遥感技术。电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测学习情境学习情境2 2 电子秤的制作电子秤的制作 压力检测压力检测黄冈职业技术学院黄冈职业技术学院传感器应用传感器应用电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测学习情境要求学习情境要求利用电阻应变式传感器制作电子称利用电阻应变式传感器制作电子称利用数码管显示测量值利用数码管显示测量值测量范围为测量范围为0 0+2kg+2kg分辨力为分辨力为 1g1g测量精度测量精度1 1RDRDl l字字 电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测知识目标知识目标能力目标能力目标素质目标素质目标掌握电

27、阻应掌握电阻应变式传感器变式传感器、电感式传、电感式传感器的结构感器的结构、测量电路、测量电路和工作原理和工作原理利用电阻应利用电阻应变式传感器变式传感器检测压力等检测压力等信号的基本信号的基本原理及方法原理及方法培养耐心细培养耐心细致严谨扎实致严谨扎实的工作作风的工作作风及团结协作及团结协作的合作精神的合作精神学习情境目标学习情境目标电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测学习情境内容学习情境内容 知识准备知识准备电阻应变片性能检测电阻应变片性能检测电子秤电路组装及调试电子秤电路组装及调试 知识拓展知识拓展电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测学习情境内容学习情境内容知识准备知识准

28、备电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测知识准备知识准备一应变式传感器概述一应变式传感器概述v 1 1工作原理工作原理n将被测量的变化转换成电阻值的变化，再经过转换电路变成将被测量的变化转换成电阻值的变化，再经过转换电路变成电信号输出。电信号输出。v 2 2优点优点n结构简单、使用方便、性能稳定、可靠、灵敏度高和测量速结构简单、使用方便、性能稳定、可靠、灵敏度高和测量速度快等。度快等。v 3 3应用应用n广泛航空、机械、电力、化工、建筑、医学等许多领域，常广泛航空、机械、电力、化工、建筑、医学等许多领域，常用来测量力、压力、位移、应变、扭矩、加速度等。用来测量力、压力、位移、应变、扭矩、

29、加速度等。物理量物理量电量电量电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测知识准备知识准备二电阻应变片的种类与结构二电阻应变片的种类与结构应变计分类应变计分类丝式应变片丝式应变片箔式应变片箔式应变片电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测敏感栅敏感栅基底基底面胶（保护片）面胶（保护片）粘合剂粘合剂引出导线引出导线敏感栅敏感栅引出导线引出导线二、金属应变片的结构二、金属应变片的结构1、基本结构（组成）、基本结构（组成）电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测v 1 1丝式应变片：丝式应变片：由敏感栅、基底和盖片、黏结剂、引线组成。由敏感栅、基底

30、和盖片、黏结剂、引线组成。v 2 2箔式应变片：箔式应变片：其敏感栅利用照相制版或光刻腐蚀的方法，将电其敏感栅利用照相制版或光刻腐蚀的方法，将电阻箔材制成各种形状而成，箔材厚度多为阻箔材制成各种形状而成，箔材厚度多为0.001-0.01mm0.001-0.01mm。v 3 3薄膜应变片：薄膜应变片：采用真空蒸发或真空沉积等方法，将电阻材料在采用真空蒸发或真空沉积等方法，将电阻材料在基底上制成一层各种形状的敏感栅。敏感栅的厚度在基底上制成一层各种形状的敏感栅。敏感栅的厚度在0.1um0.1um以下。以下。应变计分类应变计分类丝式应变片丝式应变片箔式应变片箔式应变片电子温度计制作电子温度计制作温度

31、检温度检测测箔式应变片箔式应变片1.敏感栅尺寸准确，线条均匀2.敏感栅薄而宽，黏结性好3.散热性好，允许通过较大工作电流4.敏感栅弯头横效应可忽略5.蠕变、机械滞后小，疲劳寿命高 任意形状任意形状 应变性好应变性好增大输出信号增大输出信号电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测知识准备知识准备三电阻的应变效应三电阻的应变效应v 2 2弹性敏感元件弹性敏感元件: : n一根根据弹性元件结构形式（柱形、筒形、环形、梁式、轮辐一根根据弹性元件结构形式（柱形、筒形、环形、梁式、轮辐式）和受载性质（拉、压、弯曲、剪切等）的不同，它们可分式）和受载性质（拉、压、弯曲、剪切等）的不同，它们可分为许多种类

32、。为许多种类。n（1 1）柱式弹性元件）柱式弹性元件n（2 2）薄壁圆筒）薄壁圆筒n（3 3）悬臂梁）悬臂梁弹性圆柱弹性圆柱薄壁圆筒受力分析薄壁圆筒受力分析电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测等截面悬臂梁等截面悬臂梁等强度悬臂梁等强度悬臂梁俯视图俯视图R1 R4R1 R4R1 R4R1 R4R1 R4R1 R4R1 R4R1 R4R1 R4R1 R4R1 R4R1 R4电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测1、等截面悬臂梁、等截面悬臂梁R1 R4R2 R3GlhR1R4b2平视图俯视图R1 R4R2 R3Glh电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测2、等强度悬臂梁、等强度悬

33、臂梁R1 R4R2 R3GlhR1R4b电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测知识准备知识准备三应变片的工作原理三应变片的工作原理v 1 1应变效应应变效应: : 电阻应变片的工作原理是基于金属的电阻应变效电阻应变片的工作原理是基于金属的电阻应变效应，即金属丝的电阻随着它所受机械变形（拉伸或压缩）的大小应，即金属丝的电阻随着它所受机械变形（拉伸或压缩）的大小而发生相应变化。这是因为金属丝的电阻与材料的电阻率及其几而发生相应变化。这是因为金属丝的电阻与材料的电阻率及其几何尺寸有关，而金属丝在承受机械变形的过程中，这两者都要发何尺寸有关，而金属丝在承受机械变形的过程中，这两者都要发生变化，因

34、而引起金属丝的电阻变化。生变化，因而引起金属丝的电阻变化。 n一根金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为：一根金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为：SlRn 当电阻丝受到拉力当电阻丝受到拉力F F 作用时，作用时， 引起电阻值变化量为引起电阻值变化量为 :dSldSSldlSdR2n 通过弹性敏感元件的转换作用，可将位移、力、力矩、加速度、通过弹性敏感元件的转换作用，可将位移、力、力矩、加速度、压力等参数转换为应变，因此，可以将应变片由测量应变扩展压力等参数转换为应变，因此，可以将应变片由测量应变扩展到测量位移等上述参数，从而形成各种电阻应变式传感器。到测量位移等上述参数，从而形成各种电阻应

35、变式传感器。电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测知识准备知识准备四应变片的常用材料及粘贴技术四应变片的常用材料及粘贴技术 v1 1常用材料常用材料: :（1 1）4YC3 4YC3 （2 2）4YC4 4YC4 （3 3）4YC8 4YC8 （4 4）4YC94YC9v2 2常用材料常用材料: :n（1 1）应变片的检查与选择）应变片的检查与选择 n（2 2）试件的表面处理）试件的表面处理 n（3 3）底层处理）底层处理 n（4 4）贴片）贴片 n（5 5）固化）固化 n（6 6）粘贴质量检查）粘贴质量检查 n（7 7）引线焊接与组桥连线）引线焊接与组桥连线电子温度计制作电子温度计制作

36、温度检温度检测测知识准备知识准备五测量电路五测量电路 由于弹性元件产生的机械变形微小，引起的应变量由于弹性元件产生的机械变形微小，引起的应变量也很微小，从而也很微小，从而引起的电阻应变片的电阻率也很小。为了把微小的电阻变化率反映出来，引起的电阻应变片的电阻率也很小。为了把微小的电阻变化率反映出来，必须采用测量电桥，把应变电阻的变化转换成电压或电流变化，从而达到必须采用测量电桥，把应变电阻的变化转换成电压或电流变化，从而达到精确测量的目的。精确测量的目的。 测量电桥测量电桥v 1 1平衡条件平衡条件 v 2 2平衡状态平衡状态 n(1) (1) 单臂直流电桥单臂直流电桥n(2) (2) 差动直流

37、电桥（半桥式）差动直流电桥（半桥式）n(3) (3) 双差动直流电桥（全桥式）双差动直流电桥（全桥式） 3241RRRR电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测知识准备知识准备六电阻应变片温度误差及补偿六电阻应变片温度误差及补偿 v 1 1温度误差温度误差 n因环境温度改变而引起电阻变化的两个主要因素是因环境温度改变而引起电阻变化的两个主要因素是n(1) (1) 应变片的电阻丝具有一定的温度系数；应变片的电阻丝具有一定的温度系数；n(2) (2) 电阻丝材料与测试材料的线膨胀系数不同。电阻丝材料与测试材料的线膨胀系数不同。v 2 2线路补偿线路补偿(1) (1) 零点补偿零点补偿(3) (

38、3) 弹性模量补偿弹性模量补偿(2) (2) 温度补偿温度补偿电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测电阻应变片性能检测电阻应变片性能检测学习情境内容学习情境内容电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测电阻应变片性能测试电阻应变片性能测试熟悉应变片原理及现象熟悉应变片原理及现象依据测试电路图连接实物依据测试电路图连接实物 电源、应变计、测微仪、电压表电源、应变计、测微仪、电压表 记录结果、验证应变效应记录结果、验证应变效应电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测v 电阻应变片的工作原理是基于金属的电阻应变效应，即金属丝的电电阻应变片的工作原理是基于金属的电阻应变效应，即金属丝的电阻

39、随着它所受机械变形（拉伸或压缩）的大小而发生相应变化。这是因阻随着它所受机械变形（拉伸或压缩）的大小而发生相应变化。这是因为金属丝的电阻与材料的电阻率及其几何尺寸有关，而金属丝在承受机为金属丝的电阻与材料的电阻率及其几何尺寸有关，而金属丝在承受机械变形的过程中，这两者都要发生变化，因而引起金属丝的电阻变化。械变形的过程中，这两者都要发生变化，因而引起金属丝的电阻变化。v 用应变片测量应变或应力时，需将应变片粘贴于被测对象上。在外用应变片测量应变或应力时，需将应变片粘贴于被测对象上。在外力作用下，被测对象表面产生微小机械变形，粘贴在其表面上的应变片力作用下，被测对象表面产生微小机械变形，粘贴在其

40、表面上的应变片亦随其发生相同的变化，因此应变片的电阻也发生相应的变化。如果测亦随其发生相同的变化，因此应变片的电阻也发生相应的变化。如果测出应变片的电阻值变化出应变片的电阻值变化R R，则根据公式，就可以得到被测对象的应变，则根据公式，就可以得到被测对象的应变值，并得到试件的应力。值，并得到试件的应力。v 通过弹性敏感元件的转换作用，可将位移、力、力矩、加速度、压通过弹性敏感元件的转换作用，可将位移、力、力矩、加速度、压力等参数转换为应变，因此，可以将应变片由测量应变扩展到测量位移力等参数转换为应变，因此，可以将应变片由测量应变扩展到测量位移等上述参数，从而形成各种电阻应变式传感器。等上述参数

41、，从而形成各种电阻应变式传感器。 步骤一：熟悉应变片原理及现象步骤一：熟悉应变片原理及现象电阻应变片性能测试电阻应变片性能测试电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测v 1 1差动放大器调零。连接主机与模块电路电源连接线，差动放大器增差动放大器调零。连接主机与模块电路电源连接线，差动放大器增益置于最大位置（顺时针方向旋到底），差动放大器益置于最大位置（顺时针方向旋到底），差动放大器“+ +”“- -”输入端对输入端对地用实验线短路。输出端接电压表地用实验线短路。输出端接电压表2V2V档。开启主机电源，用调零电位器档。开启主机电源，用调零电位器调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验线，调零

42、后模块上的调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验线，调零后模块上的“增增益、调零益、调零”电位器均不应再变动。电位器均不应再变动。步骤二：依据测试电路图连接实物步骤二：依据测试电路图连接实物 电阻应变片性能测试电阻应变片性能测试电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测v 2 2观察贴于悬臂梁根部的箔式应变计的位置与方向，按图（观察贴于悬臂梁根部的箔式应变计的位置与方向，按图（1 1）将所需）将所需实验部件连接成测试桥路，图中实验部件连接成测试桥路，图中R1R1、R2R2、R3R3分别为模块上的固定标准电分别为模块上的固定标准电阻，阻，R R为应变计（可任选上梁或下梁中的一个工作片），注意

43、连接方式，为应变计（可任选上梁或下梁中的一个工作片），注意连接方式，勿使直流激励电源短路。将螺旋测微仪装于应变悬臂梁前端永久磁钢上，勿使直流激励电源短路。将螺旋测微仪装于应变悬臂梁前端永久磁钢上，并调节测微仪使悬臂梁基本处于水平位置。并调节测微仪使悬臂梁基本处于水平位置。v 3 3确认接线无误后开启主机，并预热数分钟，使电路工作趋于稳定。确认接线无误后开启主机，并预热数分钟，使电路工作趋于稳定。调节模块上的调节模块上的WDWD电位器，使桥路输出为零。电位器，使桥路输出为零。v 4 4用螺旋测微仪带动悬臂梁分别向上和向下位移各用螺旋测微仪带动悬臂梁分别向上和向下位移各5mm ,5mm ,每位移每

44、位移1mm1mm记记录一个输出电压值。录一个输出电压值。v 5 5依次将图依次将图2.112.11中的固定电阻中的固定电阻R1R1，换接应变计组成半桥、将固定电阻，换接应变计组成半桥、将固定电阻R2 R2 、R3R3，换接应变计组成全桥。，换接应变计组成全桥。v 6 6重复重复3-43-4步骤，完成半桥与全桥测试实验。步骤，完成半桥与全桥测试实验。v 7 7用半导体应变片替换箔式应变片，重复用半导体应变片替换箔式应变片，重复2-32-3步骤。步骤。步骤二：依据测试电路图连接实物步骤二：依据测试电路图连接实物 电阻应变片性能测试电阻应变片性能测试电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测v1

45、1根据表中所测数据在同一坐标上描出根据表中所测数据在同一坐标上描出V-XV-X曲线，根据公式，计算灵敏度曲线，根据公式，计算灵敏度S S，并，并比较三种桥路的灵敏度，并做出定性的结论。比较三种桥路的灵敏度，并做出定性的结论。电阻应变片性能测试电阻应变片性能测试步骤三：记录测试数据计算及结果分析步骤三：记录测试数据计算及结果分析v2 2观察改用交流激励电源时应变片的工作特性。观察改用交流激励电源时应变片的工作特性。v3 3注意事项注意事项n(1) (1) 由于悬臂梁弹性恢复的滞后及应变片本身的机械滞后，所以当螺旋测微由于悬臂梁弹性恢复的滞后及应变片本身的机械滞后，所以当螺旋测微仪回到初始位置后桥

46、路电压输出值并不能马上回到零，可一次或几次将螺旋仪回到初始位置后桥路电压输出值并不能马上回到零，可一次或几次将螺旋测微仪反方向旋动一个较大位移，使电压值回到零后再进行反向采集实验。测微仪反方向旋动一个较大位移，使电压值回到零后再进行反向采集实验。n(2) (2) 实验中实验者用螺旋测微仪进行位移后应将手离开仪器后方能读取测试实验中实验者用螺旋测微仪进行位移后应将手离开仪器后方能读取测试系统输出电压数，否则虽然没有改变刻度值也会造成微小位移或人体感应使系统输出电压数，否则虽然没有改变刻度值也会造成微小位移或人体感应使电压信号出现偏差。电压信号出现偏差。n(3) (3) 应变片接入桥路时，要注意应

47、变片的受力方向，一定要接成差动形式，应变片接入桥路时，要注意应变片的受力方向，一定要接成差动形式，即邻臂受力方向相反，对臂受力方向相同，如接反则电路无输出或输出很小。即邻臂受力方向相反，对臂受力方向相同，如接反则电路无输出或输出很小。n(4) (4) 更换应变片时应将电源关闭。更换应变片时应将电源关闭。电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测学习情境内容学习情境内容电路组装及调试电路组装及调试电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测 步骤一步骤一 步骤二步骤二 步骤三步骤三电阻应变片电路组装与调试电阻应变片电路组装与调试电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测步骤一：确定系统方案步

48、骤一：确定系统方案 电阻应变片电路组装与调试电阻应变片电路组装与调试v 利用由电阻应变式传感器组成的测量电路测出物质的重量信号，以利用由电阻应变式传感器组成的测量电路测出物质的重量信号，以模拟信号的方式传送到模拟信号的方式传送到A/DA/D转换器。其次，由转换器。其次，由A/DA/D转换电路把由差动放大转换电路把由差动放大器电路把传感器输出的微弱信号进行一定倍数的放大，然后送器电路把传感器输出的微弱信号进行一定倍数的放大，然后送A/DA/D转换转换电路中。再由电路中。再由A/DA/D转换电路把接收到的模拟信号转换成数字信号，传送转换电路把接收到的模拟信号转换成数字信号，传送到显示电路，最后由显

49、示电路显示数据。到显示电路，最后由显示电路显示数据。电路一电路一电路二电路二电路三电路三电路四电路四电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测步骤二：搭建各电路单元步骤二：搭建各电路单元 v 1 1电阻应变式传感器的测量电路电阻应变式传感器的测量电路 常用的桥式测量电路如图。常用的桥式测量电路如图。 桥式测量电路有四个电阻，电桥的桥式测量电路有四个电阻，电桥的一个对角线接入工作电压一个对角线接入工作电压E E，另一，另一个对角线为输出电压个对角线为输出电压UoUo。其特点是：。其特点是：当四个桥臂电阻达到相应的关系时，当四个桥臂电阻达到相应的关系时，电桥输出为零，否则就有电压输出，电桥输出为

50、零，否则就有电压输出，可利用灵敏检流计来测量，所以电可利用灵敏检流计来测量，所以电桥能够精确地测量微小的电阻变化。桥能够精确地测量微小的电阻变化。电阻应变片电路组装与调试电阻应变片电路组装与调试电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测步骤二：搭建各电路单元步骤二：搭建各电路单元 v 2 2差动放大电路差动放大电路 仪表仪器放大器的选型很多，仪表仪器放大器的选型很多，这里介绍一种用途非常广泛的仪这里介绍一种用途非常广泛的仪表放大器，就是典型的差动放大表放大器，就是典型的差动放大器。它只需高精度器。它只需高精度LM358LM358和几只电和几只电阻器，即可构成性能优越的仪表阻器，即可构成性能优

51、越的仪表用放大器。广泛应用于工业自动用放大器。广泛应用于工业自动控制、仪器仪表、电气测量等数控制、仪器仪表、电气测量等数字采集的系统中。本设计中差动字采集的系统中。本设计中差动放大电路。放大电路。 电阻应变片电路组装与调试电阻应变片电路组装与调试电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测步骤二：搭建各电路单元步骤二：搭建各电路单元 v 3 3A/DA/D转换电路转换电路电阻应变片电路组装与调试电阻应变片电路组装与调试电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测步骤二：搭建各电路单元步骤二：搭建各电路单元 v 4 4显示电路（显示电路（LEDLED）电阻应变片电路组装与调试电阻应变片电路组装与

52、调试电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测步骤二：搭建各电路单元步骤二：搭建各电路单元 v 5 5总装电路总装电路电阻应变片电路组装与调试电阻应变片电路组装与调试电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测步骤三：电路调试步骤三：电路调试v 1 1首先在秤体自然下垂已无负载时调整首先在秤体自然下垂已无负载时调整RP1RP1，使显示器准确显示，使显示器准确显示零。零。v 2 2再调整再调整Rp2Rp2，使秤体承担满量程重量（本电路选满量程为，使秤体承担满量程重量（本电路选满量程为2 2千千克）时显示满量程值。（调节克）时显示满量程值。（调节Rp2Rp2衰减比）衰减比）v 3 3然后在秤钩下

53、悬挂然后在秤钩下悬挂1 1千克的标准砝码，观察显示器是否显示千克的标准砝码，观察显示器是否显示1.0001.000，如有偏差，可调整，如有偏差，可调整RP3RP3值，使之准确显示值，使之准确显示1.0001.000。v 4 4重新进行重新进行2 2、3 3步骤，使之均满足要求为止。步骤，使之均满足要求为止。 v 5 5最后测量最后测量RP2RP2、RP3RP3电阻值，并用固定精密电阻予以代替。电阻值，并用固定精密电阻予以代替。RP1RP1可引出表外调整。测量前先调整可引出表外调整。测量前先调整RP1RP1，使显示器回零。，使显示器回零。电阻应变片电路组装与调试电阻应变片电路组装与调试电子温度计

54、制作电子温度计制作温度检温度检测测学习情境内容学习情境内容知识拓展知识拓展电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测知识拓展知识拓展一、电感式传感器概述一、电感式传感器概述v 1 1电感式传感器概念电感式传感器概念n由铁心和线圈构成的将直线或角位移的变化转换为线圈电感量变化由铁心和线圈构成的将直线或角位移的变化转换为线圈电感量变化的传感器，又称电感式位移传感器。这种传感器的线圈匝数和材料的传感器，又称电感式位移传感器。这种传感器的线圈匝数和材料导磁系数都是一定的，其电感量的变化是由于位移输入量导致线圈导磁系数都是一定的，其电感量的变化是由于位移输入量导致线圈磁路的几何尺寸变化而引起的。当把线

55、圈接入测量电路并接通激励磁路的几何尺寸变化而引起的。当把线圈接入测量电路并接通激励电源时，就可获得正比于位移输入量的电压或电流输出。电源时，就可获得正比于位移输入量的电压或电流输出。 v 2 2特点特点n无活动触点、可靠度高、寿命长；分辨率高；灵敏度高；无活动触点、可靠度高、寿命长；分辨率高；灵敏度高；线性度高、重复性好；测量范围宽（测量范围大时分辨率低）；线性度高、重复性好；测量范围宽（测量范围大时分辨率低）；无输入时有零位输出电压，引起测量误差；对激励电源的频率无输入时有零位输出电压，引起测量误差；对激励电源的频率和幅值稳定性要求较高；不适用于高频动态测量。和幅值稳定性要求较高；不适用于高

56、频动态测量。v 3 3类型类型n（1 1）自感式传感器）自感式传感器n（2 2）互感式传感器）互感式传感器电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测知识拓展知识拓展二自感式传感器二自感式传感器v 1 1基本变间隙自感式传感器基本变间隙自感式传感器n基本变间隙自感式传感器由线圈、铁芯和衔铁组成，结构如图基本变间隙自感式传感器由线圈、铁芯和衔铁组成，结构如图2.182.18所示。工作时衔铁与被测物体连接，被测物体的位移将引起空气间所示。工作时衔铁与被测物体连接，被测物体的位移将引起空气间隙长度发生变化。隙长度发生变化。n（1 1）线圈电感）线圈电感 n（2 2）初始间隙长度为）初始间隙长度为o

57、o，线性化处，线性化处理后的电感相对增量为理后的电感相对增量为mRNL200LLn（3 3）电感相对增量灵敏度）电感相对增量灵敏度K K001/LLKn（4 4）为了减小非线性误差，实际测量中广泛采用差动变间隙式电感）为了减小非线性误差，实际测量中广泛采用差动变间隙式电感传感器。传感器。电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测知识拓展知识拓展二自感式传感器二自感式传感器v 2 2差动变间隙式传感器差动变间隙式传感器n差动变间隙式电感传感器的结构如图，它采用两个相同的传感器共差动变间隙式电感传感器的结构如图，它采用两个相同的传感器共用一个衔铁组成。测量时，衔铁通过导杆与被测体相连，当被测体用

58、一个衔铁组成。测量时，衔铁通过导杆与被测体相连，当被测体上下移动时，导杆带动衔铁也以相同的位移上下移动，使两个磁回上下移动时，导杆带动衔铁也以相同的位移上下移动，使两个磁回路中磁阻发生大小相等、方向相反的变化，导致一个线圈的电感量路中磁阻发生大小相等、方向相反的变化，导致一个线圈的电感量增加，另一个线圈的电感量减小，形成差动形式。增加，另一个线圈的电感量减小，形成差动形式。 n（1 1）总电感变化量近似为）总电感变化量近似为00212LLLLn（2 2）电感相对变化量为）电感相对变化量为002LLn（3 3）电感相对增量灵敏度）电感相对增量灵敏度K K20LLK电子温度计制作电子温度计制作温度

59、检温度检测测知识拓展知识拓展二自感式传感器二自感式传感器v 2 2差动变间隙式传感器差动变间隙式传感器n比较单线圈式和差动式两种变间隙式电感传感器的特性，可以得到比较单线圈式和差动式两种变间隙式电感传感器的特性，可以得到如下结论：如下结论：n(1) (1) 差动式比单线圈式的灵敏度提高一倍；差动式比单线圈式的灵敏度提高一倍；n(2) (2) 差动式的线性度得到明显改善。差动式的线性度得到明显改善。n为了使输出特性能得到有效改善，要求构成差动式的两个变隙式电为了使输出特性能得到有效改善，要求构成差动式的两个变隙式电感传感器在结构尺寸、材料、电气参数等方面均完全一致。感传感器在结构尺寸、材料、电气参数等方面均完全一致。电子温度计制作电子温度计制作温度检温度检测测知识拓展知识拓展二自感式传感器二自感式传感器v 3 3螺管型电感式传感器螺管型电感式传感器n螺管型电感式传感器的结构如图。螺管型电感传感器的衔铁随被测螺管型电感式传感器的结构如图。螺管型电感传感器的衔铁随被测对象移动，线圈磁力线路径上的磁阻发生变化，线圈电感量也随之对象移动，线圈磁力线路径上的磁阻发生变化，线圈电感量也随之变化，线圈电感量的大小与衔铁位置有关，线圈的电感量变化，线圈电感量的大小与衔铁位置有关，线圈的电感量L L与衔