情境一、温度的检测

1、2情境一 温度的检测【情境描述【情境描述】温度传感器用于家电产品中的室内空调、干燥器、电冰箱、微波炉等，还用来控制汽车发动机，如测定水温、吸气温度等。也广泛用于检测化工厂的溶液和气体的温度。金属线和半导体的电阻值会随温度的变化而变化。还有，加热不同金属线的节点时，会产生电动势变化的现象。因此，反过来，通过测定电阻和电动势来检测温度成为温度传感器的原理。3任务一 盐浴炉温度的检测 任务要求盐浴炉(图1-1)是采用熔盐作为加热介质的热处理设备，特点是结构简单，制造容易，加热速度快且均匀，工件氧化脱碳少，便于细长工件悬挂加热和局部加热。 4任务一 盐浴炉温度的检测 知识引入热电偶传感器可广泛用于汽车

2、、家庭等，是一种自发电式传感器，测量时不需外加电源，使用十分方便，常用来测量温度比较高的加热炉、氢气分解炉、重油燃烧炉等。与电阻式温度检测器(RTD)、热电调节器、温度检测集成电路(IC)相比，热电偶能够检测更宽的温度范围，具有较高的性价比。另外，热电偶的鲁棒性、可靠性和快速响应时间使其成为各种工作环境下的首选。当然，热电偶在温度测量中也存在一些缺陷，例如线性特性较差。除此之外，RTD和IC能提供更高的灵敏度和精度，可以很理想地用于精确测量系统。热电偶信号电平很低，常常需要放大或高分辨率数据转换器进行处理。5一、认识热电偶温度传感器1热电偶测温导线热电偶测温导线 2装配式热电偶装配式热电偶3铠

3、装热电偶铠装热电偶6二、热电偶的使用把不同材质的金属线把不同材质的金属线A，B连接成如图连接成如图1-5(a)所所示，串接成一个闭合回路，若导体的两接点处示，串接成一个闭合回路，若导体的两接点处P点和点和Q点的温度不同，两者之间便产生电动势，点的温度不同，两者之间便产生电动势，那么这个金属线回路中就有电流产生的现象，那么这个金属线回路中就有电流产生的现象，称为塞贝克效应称为塞贝克效应(又称热电效应又称热电效应)。 7二、热电偶的使用闭合电路里有电流，是存在电动势的证据，闭合电路里有电流，是存在电动势的证据，称它为热电动势。如图称它为热电动势。如图1-5(b)所示，中间的所示，中间的温度为温度为

4、t3，t4，即使在中间连接了另一种金，即使在中间连接了另一种金属属C，只要两端的温度，只要两端的温度t5相同，那么热电动相同，那么热电动势的大小不变。若代替势的大小不变。若代替C接电压表，可以测接电压表，可以测定电动势，反过来可求得温度差定电动势，反过来可求得温度差t1-t2，如图，如图1-6所示。所示。测物体表面的较低温度时，将热电偶紧贴表测物体表面的较低温度时，将热电偶紧贴表面使用，如图面使用，如图1-7(a)所示。测高温气体时使所示。测高温气体时使用装在保护管用装在保护管(瓷器或者绝缘的金属瓷器或者绝缘的金属)内的热内的热电偶，如图电偶，如图1-7(b)所示。将热电偶的接点置所示。将热电

5、偶的接点置于燃气取暖器的火焰中，一旦火焰熄灭就没于燃气取暖器的火焰中，一旦火焰熄灭就没有热电动势，经电子电路关闭燃气阀。有热电动势，经电子电路关闭燃气阀。8三、热电偶的分度国际电工委员会国际电工委员会(IEC)向世界各国推荐向世界各国推荐8种标准种标准化热电偶，表化热电偶，表1-3所示为我国采用的几种热电偶所示为我国采用的几种热电偶的分度规格和特性表。的分度规格和特性表。9 任务实施一、热电偶传感器的选型一、热电偶传感器的选型根据盐浴炉的测温范围和使用要求，结合热电偶的相关知识，选用镍铬-镍硅(K)热电偶作为测温传感器，并且热电偶和保护套管的选用应根据被测介质的温度、压力、介质性质、测温时间长

6、短来选择。安装时一般将热电偶安装在管道的中心线位置上，并使热电偶测量端面向流体，使测量端充分与被测介质接触，提高测量准确性，尽可能测得介质的真实温度。为保证测温精度，热电偶要定期校验。校验的方法是用标准热电偶与被校验热电偶在同一校验炉或恒温水槽中进行比对。10二、热电偶传感器的使用1热电偶的冷端处理2热电偶的冷端补偿1)冰点槽法2)补偿导线法3)计算修正法4)补偿电桥法5)软件处理法11三、测量参考电路测量时可将热电偶的热端插入盐浴炉内检测炉测量时可将热电偶的热端插入盐浴炉内检测炉温温T，冷端通过补偿导线与测量仪表的输入铜导，冷端通过补偿导线与测量仪表的输入铜导线相连，插入冰瓶确保线相连，插入

7、冰瓶确保T =0，通过测量仪表，通过测量仪表测得的热电动势，即可确定炉内的实际温度。测得的热电动势，即可确定炉内的实际温度。测量炉温电路如图测量炉温电路如图1-11所示。所示。12四、总结调试热电偶的定期校验，能够确保测温的精热电偶的定期校验，能够确保测温的精度。校验的方法是用标准热电偶与被校度。校验的方法是用标准热电偶与被校验热电偶装在同一校验炉中进行对比，验热电偶装在同一校验炉中进行对比，误差超过规定允许值为不合格。误差超过规定允许值为不合格。热电偶测温过程中产生误差的原因还可热电偶测温过程中产生误差的原因还可能是热电偶长期处于高温环境下已氧化能是热电偶长期处于高温环境下已氧化变质或者测量

8、仪表精度不高等。变质或者测量仪表精度不高等。13 能力拓展一、简易热电偶的制作一、简易热电偶的制作使用漆包铜线和康铜丝、万用表、酒精灯等实验室常用设备材料制作简易的热电偶如图1-12所示，认识热电偶的主要特性，了解热电偶的工业应用，掌握普通热电偶的基本使用方法和温度补偿的常用方法。14二、冷端补偿的典型应用图图1-13所示是利用硅传感器所示是利用硅传感器IC进行冷端补偿进行冷端补偿 表表1-4所示是图所示是图1-13所示电路的测量结果所示电路的测量结果 15任务二 家用电器温度的检测 任务要求电冰箱、空调、电热水器、洗衣机等家用电器中，均需要对温度进行检测，这里使用的温度传感器要求体积小、重量

9、轻，价格低，可以选用热敏电阻及集成温度传感器作为测温传感器，用来控制家电，如测定水温、空气温度等。温度传感器也广泛用于控制汽车发动机及检测化工厂的溶液和气体的温度。 知识引入在温度传感器中应用最多的有热电偶、热电阻式传感器和集成温度传感器，热电阻式传感器是利用导电物体的电阻率随本身温度变化而变化的温度电阻效应制成的传感器，包括热电阻和热敏电阻。集成温度传感器是采用微电子技术和集成工艺，将温度敏感元件和放大、运算及补偿电路集成在一片芯片上，从而构成集测量、放大、电源供电回路于一体的高性能温度传感器，又称温度IC。16一、认识温度传感器1热电阻1)铠装热电阻2)薄膜及厚膜型铂热电阻2热敏电阻1)正

10、温度系数热敏电阻器(PTC)2)负温度系数热敏电阻器(NTC)3)临界温度系数热敏电阻器(CTR)3集成温度传感器1)电流输出型集成温度传感器AD5902)电压输出型集成温度传感器AN6701S17二、温度传感器的使用1热敏电阻的使用2集成温度传感器AD590的使用3集成温度传感器AN6701S的使用18 任务实施一、热敏电阻的选型一、热敏电阻的选型热敏电阻的形式多种多样，有圆片型、圆柱型、球型等。常用的热敏电阻为NTC热敏电阻，主要用于温度测量和补偿，测温范围一般在-50+350，也可用于低温测量(-1300)，中温测量(150750)，甚至更高温度。PN结传感器利用了理想二极管的PN结在恒

11、定电流下，正向电压随温度成近似线性关系的原理。将温敏二极管或三极管、放大电路、温度补偿电路等功能集成在一块芯片上，可制成集成温度传感器，其具有线性度好、灵敏度高、体积小、稳定性好、输出信号大且规范化等优点。集成温度传感器按输出形式分为电压输出型和电流输出型两种，电压型的灵敏度一般为10mV/，电流型的灵敏度一般为1A/，并且具有绝对零度输出电量为零的特性。AD590是电流输出型温度传感器的典型产品，其利用电路产生一个与绝对温度成正比的电流作为输出，温度灵敏系数为，测温范围-55+150，供电电压范围+4+30V。19二、热敏电阻的实际应用20三、测量参考电路1热敏电阻数显温度计电路21三、测量

12、参考电路2简易AD590温度计电路22三、测量参考电路3AD590数字式绝对/摄氏温度计电路23四、总结调试24 能力拓展一、热敏电阻在电视机上的应用一、热敏电阻在电视机上的应用PTC热敏电阻器常用于彩色电视机的消磁电路中，如图1-31所示。彩色电视机开机通电后，消磁回路产生一个很大的电流，同时产生一个很强的交变磁场。由于电路中PTC热敏电阻的作用，这一强交变磁场可在相当短的时间内衰减到极弱的程度。随着回路电流由大变小，磁场则由强变弱，从而自动将彩色显像管阴罩、防爆带等铁制件上的剩磁消掉，保证了彩色显像管的色纯度。25二、温度-频率转换器采用采用LM334温度温度-频率转换电路的如图频率转换电

13、路的如图1-32所示。所示。 26三、红外非接触测温1红外辐射2红外传感器1)红外热敏探测器2)红外光电探测器3)热敏探测器与光子探测器的性能比较(1) 热敏探测器对各种波长都能响应，光子探测器只对一段波长区间有响应。(2) 热敏探测器不需要冷却，光子探测器需要冷却。(3) 热敏探测器响应时间长。(4) 光子探测器容易实现规格化。27三、红外非接触测温3红外非接触测温特点(1)测量过程不影响被测目标的温度分布，可用于对远距离、带电及不能接触的物体测温。(2)响应速度快，适宜对高速运动物体进行测温。(3)灵敏度高，能分辨微小的温度变化。(4)测温范围宽(-303000)，可用于高温测量，又可用于

14、冰点以下的温度测量，在测量-10+1300之间温度时，采用比色(双波段)测温原理的比色温度计是不需要修正读数的测温计。(5)传感器的光学部分严禁用手摸、擦，防止损伤和沾污，存放时注意防潮、防震和防腐。28思考与练习题1-1什么是热电效应？热电势由哪几部分组成？什么是热电效应？热电势由哪几部分组成？1-2热电偶产生热电势的原因和条件是什么？热电偶产生热电势的原因和条件是什么？1-3描述热电偶的四个基本定律和它们的实用价值。描述热电偶的四个基本定律和它们的实用价值。1-4为什么热电偶需要冷端补偿？冷端补偿有哪几种方法？为什么热电偶需要冷端补偿？冷端补偿有哪几种方法？1-5用镍铬用镍铬-镍硅镍硅(K

15、型型)热电偶测量温度，已知冷端温度为热电偶测量温度，已知冷端温度为40，用高精度，用高精度毫伏表测得这时的热电动势为毫伏表测得这时的热电动势为29.188mV，求被测点的温度。，求被测点的温度。1-6用镍铬用镍铬-镍硅镍硅(K型型)热电偶测量炉温，已知热端温度为热电偶测量炉温，已知热端温度为800，冷端温度，冷端温度为为50，为了进行炉温的调节及显示，要将热电偶产生的热电动势信号送，为了进行炉温的调节及显示，要将热电偶产生的热电动势信号送到仪表室，仪表室的温度为到仪表室，仪表室的温度为20，分别求冷端用铜导线与用补偿导线连接，分别求冷端用铜导线与用补偿导线连接到仪表测得的炉温？并比较结果。到仪表测得的炉温？并比较结果。1-7简述热电阻测温原理，常用热电阻有哪些？它们的性能特点是什么？简述热电阻测温原理，常用热电阻有哪些？它们的