传感器及应用课件汇总全书电子教案完整版课件最全幻灯片(最新)课件电子教案幻灯片

1、传感器及应用2022/8/261 模块一 认识传感器 传感器技术是一项当今世界令人瞩目的迅猛发展起来的高新技术之一。如果说计算机是人类大脑的扩展，那么传感器就是人类五官的延伸。当集成电路、计算机技术飞速发展时，人们才逐步认识信息摄取装置传感器没有跟上信息技术的发展而惊呼“大脑发达、五官不灵”。2022/8/26 模块一 认识传感器 课题一 传感器的认识 课题二 传感器的技术指标2022/8/26任务导入 在现代化的大都市中，高楼大厦鳞次栉比，大厦里看似舒适的环境，却因空调系统的通风管道清洁不便致使室内空气污浊，影响人们的身体健康。在狭小的空间里，要完成清扫工作是件不容易的事。 瑞典某公司设计的

2、通风管道清洗机器人专门用于清洁及维护大厦中央空调系统的通风管道。 课题一 传感器的认识2022/8/262022/8/26 管道清洗机器人是由坦克状的车、各种传感器、显示器、录像机、控制箱及操控杆组成。 工作人员可以根据机器人感受到的外部信息用操控杆控制机器人前进、倒退、转弯，清扫通风管道。 机器人之所以能感受到外界环境的各种信息，正是因为在机器人的各部位安装了相应的传感器来感觉环境信息。 那么什么是传感器？它能够起什么作用？本课题任务就是认识传感器，了解传感器在人们生活以及自动化生产中的作用。2022/8/26 知识点了解传感器的作用与分类学习传感器的组成和适用场所 技能点掌握传感器的组成与

3、使用2022/8/26相关知识一、传感器的认识 力传感器流量传感器视觉传感器 位移传感器压力传感器2022/8/26 传感器是一种检测装置，能感受到被测量的非电量信息，如温度、压力、流量、位移等，并将检测到的信息，按一定规律转换成电信号或其他所需形式的信息输出，用以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录或控制等要求。 传感器是自动化系统和机器人技术中的关键部件，它是实现自动检测的首要环节，为自动控制提供控制依据。传感器在机械电子、测量、控制、计量等领域应用广泛。2022/8/26二、传感器的定义及组成 电量 一般是指物理学中的电学量，如电压、电流、电阻、电容、电感等； 非电量 则是指除电量之外

4、的一些参数，如压力、流量、尺寸、位移量、重量、力、速度、加速度、转速、温度、浓度、酸碱度等等。在众多的实际测量中，大多数是对非电量的测量。 2022/8/26 国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。” 广义地说，传感器就是一种能把物理量或化学量转换成便于测量、便于利用的电信号的器件，可以用下图所示的框图简单表示。2022/8/26 传感器一般由敏感元件、传感元件和测量电路组成。 敏感元件直接与被测量接触，转换成与被测量有确定关系、更易于转换的非电量（如压力转化成位移、流量转化成速度）；传感元件

5、再将这一非电量转换成电参量（如电阻、电容、电感）。 传感元件输出的信号幅度很小，而且混杂有干扰信号和噪声，转换电路能够起到滤波、线性化、放大作用，转化成易于测量、处理的电信号，如电压、电流、频率等。2022/8/26 应该指出，不是所有传感器都有敏感和传感元件之分，有些传感器的敏感元件可以直接将非电量转化成电参量的变化。 比如铂电阻式温度传感器：当所测温度变化时，其敏感元件的电阻值变化，经测量电路直接转化成电压信号或电流信号。 也不是所有传感器都包含测量电路，有些传感器因测量环境恶劣，测量电路不能正常工作或误差较大，这样的传感器和测量转换电路是分开的。比如温度传感器，电子元器件的工作温度最高为

6、125，当所测温度较高时，温度传感器不能包含测量电路。 2022/8/26三、传感器的分类 目前对传感器尚无一个统一的分类方法，但比较常用的有如下三种：. 按传感器的物理量分类，可分为温度、压力、流量、速度、位移、力等传感器。. 按传感器工作原理分类，可分为电阻、电容、电感、霍尔、光电、热电偶等传感器。. 传感器输出信号的性质分类，可分为：输出为开关量（“”和“0”或“开”和“关”）的开关型传感器；输出为模拟量的模拟型传感器；输出为脉冲或代码的数字型传感器。 2022/8/26四、传感器的作用 在检测和自动控制系统中，传感器的作用相当于人的五官，常将传感器的功能与人类5大感觉器官相比拟： 光敏

7、传感器视觉 声敏传感器听觉气敏传感器嗅觉 化学传感器味觉 压敏、温敏、流体传感器触觉 自动化程度越高，系统对传感器的依赖性越大，传感器对系统功能的决定性作用越明显。 2022/8/262022/8/26课题二 传感器的技术指标任务导入 要实时监测一个高温箱的温度：测量温度大约为50 80，检测结果的精度要达到1 。 现有三种带数字显示表的温度传感器，它们的量程分别是0 500、0 300、 0 100，精度等级分别是0.2级、0.5级和1.0级，为了满足需要，你应该怎样选择呢？判别传感器好坏的标准是什么？ 本课题任务就是通过学习传感器的各项技术指标的含义，了解传感器的判别标准。2022/8/2

8、6 知识点了解传感器的判别标准学习传感器各项技术指标的含义 技能点掌握传感器的误差计算与一般选用2022/8/26相关知识一、测量误差与仪表等级 在实际测量过程中，由于测量仪器的精度限制，测量原理和方法不完善，或测量者感官能力的限制，测量的结果不可能绝对精确，总会产生误差。 误差是测量值与真实值之差，分为绝对误差和相对误差。2022/8/26 1绝对误差 绝对误差反映测量值偏离真值的大小： Ax-A0 式中Ax：测量值；A0：理论真值。 绝对误差和测量值Ax具有相同的单位。用绝对误差无法比较不同测量结果的可靠程度。 2相对误差 人们用测量值的绝对误差与测量值之比来评价，称它为相对误差，并可化成

9、百分比，也叫百分误差。 相对误差由下式计算：式中Ax：测量值；A0：理论真值2022/8/26 绝对误差是有单位的，和被测量具有相同的量纲。用绝对误差无法比较不同的量程、不同测量结果的误差，多数场合评价仪表精度都用相对误差。 例如：用天平测得两个物体的质量分别是100.0克和1.0克，两次测量的绝对误差都是0.1克，从绝对误差来看，对两次测量的评价是相同的，但是前者的相对误差为01%，后者则为10%，后者的相对误差是前者的一百倍。 所以，只有用相对误差才能够表达仪表测量结果的可靠程度，即误差。2022/8/263仪表的准确度S在正常的使用条件下，仪表测量结果的准确程度叫仪表的准确度。 式中m：

10、最大绝对误差；Am：仪表的满量程 准确度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。我国模拟量工业仪表等级分为七个等级：仪表等级 0.1、 0.2、 0.5、 1.0、 1.5、 2.5、 5.0，基本误差0.10.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0仪表准确度习惯上称为精度，准确度等级习惯上称为精度等级。应该指出，误差与错误不能相提并论：误差不可能避免，而错误则可以避免。 2022/8/26二、传感器的技术指标 1传感器的静态技术指标传感器的静态特性是指传感器的输入信号不随时间变化时，传感器的输入与输出之间所对应的关系。 表征传感器静态特征的技术指标主要有：线性度、迟滞、重复性、灵敏度和分辨

11、力等。2022/8/26（1）传感器的灵敏度 灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化y对输入量变化x的比值。它是输出输入特性曲线的斜率。如果传感器的输出和输入之间呈线性关系，则灵敏度S是一个常数。否则，它将随输入量的变化而变化。 灵敏度的量纲是输出、输入量的量纲之比。当传感器的输出、输入量的量纲相同时，灵敏度可理解为放大倍数。 例如，某温度传感器，在温度变化1时，输出电压变化为20mV，则其灵敏度应表示为20mV/。2022/8/26（2）传感器的分辨力 分辨力是指传感器可能感受到的被测量最小变化的能力。也就是说，如果输入量小于分辨力时，传感器的输出不会发生变化，即传感器对此输入量的变化是

12、分辨不出来的。只有当输入量的变化超过分辨力时，其输出才会发生变化。通常传感器在满量程范围内各点的分辨力是不相同的。 在选用传感器时应特别关注该项指标，特别是在要求测量精度较高的时候，传感器的精度虽然较高，但如果分辨力低，仍不能满足测量要求。 2022/8/26 （3）传感器的线性度L 人们总希望传感器的输入与输出成唯一的对应关系，而且最好呈线性关系，便于仪表显示。但一般情况下，受外界环境的各种影响，传感器输入输出不会完全符合线性关系。 线性度（非线性误差）就表示传感器的输入输出特性近似于一条直线的程度，计算公式如下： 式中 Lmax实际测量曲线与理论直线（拟和直线）间的最大差值； Ymax-Y

13、min传感器最大输出范围。 2022/8/261拟合直线 2实际特性曲线 理论直线（拟合直线）的获得方法有多种。如将传感器特性曲线的零点和满量程点相连所成的直线作为的理论直线；或用最小二乘法拟合直线作为理论直线。 2022/8/26 （4）传感器的迟滞H 传感器正行程（输入量增大）和反行程（输入量减小）的输入-输出特性曲线不能完全重合。迟滞是指传感器在相同工作条件下全测量范围校准时，正、反行程校准曲线间的最大差值，在数值上用此最大差值对满量程输出的百分比来表示，计算公式如下： 式中 Hmax正、反行程校准曲线间的最大差值。迟滞会引起传感器的分辨力变差，或造成测量盲区。 1正向特性 2反向特性

14、2022/8/26 （5）重复性R 重复性是指传感器在相同的工作条件下，输入按同一方向作全测量范围连续变动多次时（一般为3次），特性曲线的不一致性。在数值上用各校准点上正、反行程的平均值与测量数据的最大差值对满量程输出的百分比值来表示，计算公式如下： 式中 Rmax正、反行程校准点测量平均值与测量数据间的最大差值。 传感器的静态测量精度包含线性度、迟滞、重复性。2022/8/262传感器的动态指标 动态特性，是指传感器在输入随时间变化时，它的输出的特性。主要考虑两项指标：动态响应时间和频率响应范围。 传感器的响应动态信号时总有一定的延迟，即动态响应时间。在测量时总希望延迟时间越短越好。 传感器

15、的频率响应范围是指传感器能够保持输出信号不失真的频率范围。传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽。传感器的频率响应范围主要受传感器结构特性的影响，固有频率低的传感器，其频率响应也较低。 在校验传感器的动态特性时，常用一些标准输入信号的响应来表示，如阶跃信号、正弦信号，即可求得动态响应时间和频率响应范围。 2022/8/26 三、传感器的一般选择原则 现代传感器在原理与结构上千差万别，如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感器，是在组成测量系统时首先要解决的问题。当传感器确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。测量

16、结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。 如何选择合适的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件具体分析。 我们应从以下几方面因素进行考虑 :2022/8/261与测量条件有关的因素 (1) 测量的目的； (2) 被测试量的选择； (3) 测量范围； (4) 输入信号的幅值，频带宽度； (5) 精度要求； (6) 测量所需要的时间。 2022/8/262与传感器有关的技术指标 (1) 精度； (2) 稳定度； (3) 响应特性； (4) 模拟量与数字量；

17、 (5) 输出幅值； (6) 对被测物体产生的负载效应； (7) 校正周期； (8) 超标准过大的输入信号保护。 2022/8/263与使用环境条件有关的因素 (1) 安装现场条件及情况； (2) 环境条件(湿度、温度、振动等)； (3) 信号传输距离； (4) 所需现场提供的功率容量； (5) 安装现场的电磁环境 。 2022/8/264与购买和维修有关的因素 (1) 价格； (2) 零配件的储备； (3) 服务与维修制度、保修时间； (4) 交货日期。2022/8/26任务实施 在本课题中，要实时监测一个高温箱的温度，在选择温度传感器时，主要从技术指标和成本两方面考虑。 技术指标上测量精度

18、是主要因素。分别计算它们的最大相对误差进行比较：如果选用0 500、0.2级的温度传感器，它的最大示值相对误差为:2022/8/26如果选用0 300、0.5级的温度传感器，它的最大示值相对误差为:如果选用0 100、1.0级的温度传感器，它的最大示值相对误差为: 精度计算表明:(0 300、0.5级)温度传感器的示值相对误差较大，(0 500、0.2级)的温度传感器与(0 100、1.0级)的温度传感器示值相对误差相同。 成本考虑：精度0.2级的温度传感器价格较高，量程为0 500，80输出时，灵敏度较小。选用 0 100、1.0级的温度传感器比较合适。 2022/8/26 模块二 温度的测

19、量 温度是一个最基本的物理量，广泛应用于日常生活与工业生产的温度控制中，如大家熟知的饮水机、冰箱、冷柜、空调、微波炉等制冷、制热产品都需要进行温度测量进而实现温度控制；汽车发动机、油箱、水箱的温度控制，化纤厂、化肥厂、炼油厂生产过程的温度控制，冶炼厂、发电厂锅炉温度的控制等都需要温度传感器提供控制依据。2022/8/26 模块二 温度的测量课题一 温度传感器课题二 膨胀式温度传感器课题三 电阻式温度传感器课题四 热电偶式温度传感器2022/8/26任务导入 饮水机将水加热到100时，饮水机内的电加热器应自动停止加热，所以在饮水机里有一个温度控制器：温度传感器将温度这一物理量转换成电信号，提供给

20、控制器（一般为比较放大器），实现温度的自动控制。 课题一 温度传感器 2022/8/262022/8/26 在进行温度控制，组成温度测量系统之前，我们首要任务是根据我们的所测介质的温度范围、要求的精度及安装形式、价格来选择温度传感器的种类及结构。 本课题的任务就是：通过了解常用温度传感器的结构、种类，熟悉各种温度传感器的基本适用范围及场所，学会选用、使用温度传感器，组成温度测量系统，完成温度的测量、控制任务。 2022/8/26 知识点了解温度传感器的分类与基本结构 学习各种温度传感器的适用范围 技能点掌握温度传感器的选用与使用 2022/8/26相关知识一、温度传感器 2022/8/26二、

21、温度的基本概念 温度 从宏观性质讲，温度表示了物体冷热程度，物体温度的高低确定了热量传递的方向； 从微观性质讲，温度表示了物体内部分子运动的剧烈程度。 温标 为了进行温度测量，需建立温度的标尺即温标。它规定了温度读数的起点（零点）以及温度的单位。国际上规定的温标有：摄氏温标、华氏温标、热力学温标、国际实用温标。 2022/8/26 （1）摄氏温标 摄氏温标把在标准大气压下冰的熔点定为零度（0），把水的沸点定为100度（100），在这两个温度点间划分100等份，每一等份为1摄氏度。国际摄氏温标的符号为t,国际摄氏温标的温度单位符号为。 （2）华氏温标 规定一定浓度的盐水凝固时的温度定为0，把纯水

22、凝固时的温度定为32，把标准大气压下水沸腾的温度定为212，用代表华氏温度。华氏温标与摄氏温标的关系式为：2022/8/26 （3）热力学温标 （物理学中的绝对温度）国际单位制的基本温标。符号T，单位为开尔文，符号为K。热力学温标以水的固、液、气三态平衡共存时的温度为基本定点，并规定其温度为273.15K。热力学温标与摄氏温标存在着下述的关系： （4）国际实用温标 与热力学温标基本吻合。它不仅定义了一系列温度的固定点，而且规定了不同温度段的标准测量仪器，因此复现精度高（全世界用相同的方法测量温度，可以得到相同的温度值）。 国际计量委员会1990年开始贯彻实施国际温标ITS-90。我国自1994

23、年1月1日起全面实施ITS-90国际温标。 2022/8/26三、温度传感器 温度传感器的种类很多，每一种传感器都有自己的特点和各自的测温范围及适用场所。我们在组建温度测量、控制系统时，可以根据测量范围、被测对象、测量精度及结构、功能、价格等方面，选择相应的温度传感器进行温度检测。 温度传感器的核心是温度敏感元件，它能将温度这一物理量转换成电信号。应用最广泛的温度敏感元件就是热敏电阻，它具有体积小、价格低、使用方便等优点。2022/8/2649常见热敏电阻元件及热敏电阻传感器的外形2022/8/26 热敏电阻是利用某种半导体材料的电阻率随温度变化而变化的性质制成的。它的电阻值随温度的变化而剧烈

24、的变化，可以提供较大的灵敏度。 电阻值随温度的升高而升高的，称正温度系数热敏电阻（PTC）；电阻值随温度的升高而降低的，称负温度系数热敏电阻（NTC）；突变型温度系数热敏电阻器（CTR），具有很大温度系数，一般在电子线路中用于抑制浪涌电流，起限流、保护作用。 1NTC 2PTC 3,4CTR 2022/8/26热敏电阻的主要技术指标： （1）标称电阻值（R25） 即热敏电阻在25时的电阻值。多数厂商在热敏电阻出厂时会给出热敏电阻在25时的电阻值。（2）温度系数 热敏电阻的温度系数为温度变化导致的电阻的相对变化。温度系数越大，热敏电阻对温度变化的反应越灵敏。（3）时间常数 即温度变化时，热敏电阻

25、的阻值变化到最终值63.2时所需的时间。（4）额定功率 即允许热敏电阻正常工作的最大功率。（5）温度范围 即允许热敏电阻正常工作，输出特性没有变化的温度范围。2022/8/26 热敏电阻的缺点主要是特性分散性很大，互换性差，非线性也很严重，电阻与温度的关系不稳定，因而测量误差较大。 热敏电阻也有突出的优点：（1）灵敏度高，其灵敏度比热电阻要大12个数量级；（2）标称电阻有几欧到十几兆欧之间的不同型号规格； （3）体积小(最小珠状热敏电阻直径仅0.10.2 mm)；（4）热惯性小，响应速度快，用于快速变化的测量场合 （5）结构简单、坚固，采用玻璃、陶瓷等材料密封包装后，可应用于有腐蚀性气氛等的恶

26、劣环境； （6）资源丰富，制作简单、可方便地制成各种形状，易于大批量生产，成本和价格十分低廉。 2022/8/26a)圆片形 b)薄膜形 c)杆形 d)管形 e)平板形 f)珠形g)扁圆形 h)垫圆形 i)杆形（金属帽引出）2022/8/26 在选择使用热敏电阻器时，要根据测温控温的对象，从测量精度、稳定性、互换性、结构等方面选择热敏电阻。 在选择、使用时必须注意：除特殊高温热敏电阻器外，绝大多数热敏电阻仅适合0 150范围。2022/8/26任务实施饮水机温度传感器起到本地温度测量、温度控制作用；温度测温范围在0100，且在095无需精确测量，测量精度要求不高；饮水机内空间较大，对温度传感器

27、的大小尺寸没有特殊要求；随着加热器加热，水温缓慢上升，温度信号属于缓变信号；产品的价格要求低，能适合批量生产，但应寿命长，不易损坏。从以上分析看，在该课题中，价格因素将起到决定作用。因为目前小家电市场竞争激烈，除了质量以外，价格在竞争中起到重要作用，应该选择热敏电阻为温度敏感元件的温度传感器来进行温度测量。2022/8/26课题二 膨胀式温度传感器任务导入 在医院、防疫站、血站我们常可以看见超低温柜，其最低温度可达-86，常用于保存医用检测血清标本，广泛应用于冻存红细胞、白细胞、皮肤、骨骼、细菌、精子、胚胎、生物制品。在工业中，也常用于电子器件、特殊材料的低温实验及储存。 本课题任务就是通过学

28、习传感器的各项技术指标的含义，了解传感器的判别标准。2022/8/262022/8/26 低温柜的温度调节，由温度控制系统完成。根据低温柜的温度控制范围，可以选择膨胀式温度传感器。 膨胀式温度传感器的工作原理是什么？其结构、特点如何？这就是我们本课题的任务目标。2022/8/26 知识点了解膨胀式温度传感器的工作原理了解膨胀式温度传感器的性能特点及其适用场合 技能点掌握膨胀式温度传感器的使用、测量方法 2022/8/26相关知识 膨胀式测温是基于物体受热时产生膨胀的原理，分为液体膨胀式和固体膨胀式两类。一般膨胀式温度测量大都用于那些温度测量或控制精度要求较低，不需自动记录的场合。 膨胀式温度计

29、种类很多，按膨胀基体可分成：液体膨胀式玻璃温度计、液体或气体膨胀式压力温度计、固体膨胀式双金属温度计。2022/8/26一、玻璃温度计 玻璃液体温度计简称玻璃温度计，是一种直读式仪表。 水银 是玻璃温度计最常用的液体，其凝固点为-38.9、测温上限为538。对于较低温度测量，可以用其他有机液体(如酒精下限为-62，甲苯下限为-90，而戊烷则可达-20l)。 玻璃温度计具有结构简单，制作容易，价格低廉，测温范围较广，安装使用方便，现场直接读数，一般无需能源。但易破损，测温数据无法自动检测及远传。 2022/8/26二、压力温度计 压力温度计是根据一定质量的液体、气体、蒸汽在体积不变的条件下其压力

30、与温度呈一定函数关系的原理实现其测温功能的。2022/8/26 测温时将其温包置入被测介质中，温包内的感温介质(为气体或液体或蒸发液体)因被测温度的高低而导致其体积膨胀或收缩造成压力的增减，压力的变化经毛细管传给弹簧管使其产生变形，进而通过传动机构带动指针偏转，指示出相应的温度。 压力温度计主要由充有感温介质的感温包、传递压力元件(毛细管)及压力敏感元件齿轮或杠杆传动机构、指针和读数盘组成。2022/8/26 压力温度计的毛细管细而长(规格为160m)，它的作用主要是传递压力。 长度愈长，温度计响应愈慢。在长度相等条件下，管愈细，则准确度愈高。 压力温度计和玻璃温度计相比，具有强度大、不易破损

31、、读数方便的特点，但准确度较低、耐腐蚀性较差。压力温度计测温范围一般在-100600，精度等级：1.5 2.5级 。它适用于测量2060m距离内对铜无腐蚀作用的气体、液体和蒸汽的温度。 常用于汽车、拖拉机、内燃机、汽轮机的油、水系统的温度测量。2022/8/26 双金属温度计是基于固体受热膨胀的原理，两种热膨胀系数差异较大的金属片粘贴在一起，将其中的一端固定，另一端作为自由端，自由端与指针相连。三、双金属温度计 当温度变化时，因双金属片的两种不同材料线膨胀系数差异相对很大，而产生不同的膨胀和收缩，导致双金属片产生弯曲变形。温度变化越大则产生的线膨胀差越大，引起的弯曲角度也越大。自由端位移的大小

32、与温度成一定的函数关系。2022/8/26 双金属温度计选用的金属材料不同，温度测量范围不同：100以下，通常采用黄铜与34镍钢；150以下，通常采用黄铜与因瓦合金；250以上，通常采用高强度耐蚀镍合金与3442镍钢。 双金属温度计突出的特点就是可彻底解决水银玻璃温度计和水银压力温度计易破损造成泄汞危害的问题，抗振性好，防水、防腐蚀，读数方便。但它的精度不高，测量范围也不大，所以只能用在测温和控温精度不高的场合。 在工业中，常用作恒定温度的控制装置，温度超过给定值时自动发出控制信号切断电源或报警。 2022/8/26任务实施超低温柜的温控器所需要的温度传感器可选用双金属温度计作为测温敏感元件。

33、这种温度控制器具有防水、防腐蚀、耐震动，使用寿命长，便于维护。在本任务中，可以不需要温度指针表盘，而做成带电触点双金属温度开关，在温度超过或低于给定值时自动发出控制信号接通或切断电源2022/8/26 双金属温度计分为普通型、户外型、防腐型三种，从其结构又可分为径向型、轴向型、135型、万向型，可以根据安装环境合理选用。一、双金属温度计的结构与种类2022/8/26 双金属温度计主要由双金属测温元件、传动轴、弹簧传动机构、指针和读数盘等组成。2022/8/262022/8/26二、双金属温度计的安装方法 1.在安装、使用过 程中，应尽量避免碰撞保护管，切勿使保护管弯曲、变形。 2.在安装时，严

34、禁扭动仪表外壳。 3.双金属温度计安装的插入深度必须大于测温管长度的2/3，暴露在外面的部分应实施保温措施。 2022/8/26 双金属温度计在使用时还应注意以下事项： 1. 双金属温度计应在-3080的环境温度内正常工作。 2. 双金属温度计经常工作的温度最好能在刻度范围的1/23/4处。 3. 双金属温度计保护管一般采用不锈钢制造，被测介质应与不锈钢兼容。 4. 在常温下，双金属温度计承受最高工作压力为6.4MPa。 5. 双金属温度计保护管直径越大，其响应时间越小。一般外径为6mm、8mm的温度计，其时间常数不超过40s，直径为10mm的温度计，时间常数不超过30s。2022/8/26任

35、务导入 在炼油、化工行业常用到气化炉，炉内正常温度在1300左右，甚至高达1500以上。炉内所衬炉砖在高温时会熔蚀，受热气体和融渣的冲刷，耐火砖不断变薄。炉内耐火砖的减薄甚至脱落，使炽热气体通过砖缝侵入到气化炉炉壁，使其表面温度升高，气化炉金属外壳强度降低，造成设备不安全。课题三 电阻式温度传感器 2022/8/262022/8/26 本课题的任务就是要检测气化炉表面温度并给予报警，以便及时确定更换耐火砖的时间。 气化炉的耐压压力为6.5MPa(G) ，炉表面温度在400 450之间，正常值为425左右。 根据传感器温度测量范围，可以选择热电阻温度传感器为测温元件，组成温度报警系统。热电阻温度

36、传感器是如何测量温度？其结构、特点如何？2022/8/26 知识点了解热电阻的工作原理；能识读热电阻常用测量电路。 技能点掌握电阻式温度传感器的选型方法，会合理选用常见的电阻传感器； 掌握热电阻温度传感器的使用、测量方法2022/8/2676 电阻式温度传感器就是将温度变化转化为温度敏感元件的电阻变化，进而通过电路变成电压或电流信号输出。若按其制造材料来分，有金属热电阻（铂、铜、镍）和半导体热电阻（热敏电阻）。 金属热电阻是中低温区最常用的一种测温敏感元件。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，其中铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于

37、工业测温，而且被制成标准的测温仪。 相关知识2022/8/26 金属热电阻的阻值随温度的增加而增加，且与温度变化成一定的函数，通过检测金属热电阻阻值的变化量，即可测出相应温度。常用的金属热电阻主要有：铂电阻和铜电阻。一、金属热电阻器2022/8/26 铂电阻用铂丝绕在云母片制成的片形支架上，绕组的两面用云母片夹住绝缘，外形有片状、圆柱状。铜电阻由铜漆包线绕在圆形骨架上。为了使热电阻能得到较长的使用寿命，一般铜电阻外加有金属保护套管。金属热电阻可直接加绝缘套管贴在被测物体表面进行温度测量，也可以外加金属防护套插入各种介质环境进行温度测量。 2022/8/261.铂电阻器 铂易于提纯，物理化学性质

38、稳定，电阻率较大，能耐较高的温度，是制造标准热电阻和工业用热电阻的最好材料。但铂是贵重金属，价格较高。 按照ITS-1990标准，国内统一设计的最常用的工业用铂电阻为Pt100和Pt1000，即在0时铂电阻阻值R0值为100和1000。2022/8/26 铂电阻的电阻值与温度之间的关系： (1)可以查热电阻分度表：Pt100或Pt1000。热电阻分度表即是电阻值与温度的对应关系表，在购买时厂家会随产品附有该产品的分度表。 (2)可用公式进行计算：在-2000的范围内 在 0850的范围内 式中，Rt为温度为t时的电阻值； R0为温度为0时的电阻值； A、B、C为常数。 (3)在精度要求不高的场

39、合，可以忽略式中的高次项，近似认为Rt与t成正比例关系，即可以近似记作：每度变化3850ppm。2022/8/26 2.铜电阻 铜材料容易提纯，具有较大的电阻温度系数，铜电阻的阻值与温度之间接近线性关系，铜的价格比较便宜。铜电阻的缺点是电阻率较小，所以体积较大，稳定性也较差，容易氧化。在一些测量精度要求不高，测温范围较小(-50 150)的情况下，普遍采用铜电阻。 我国常用的铜电阻为Cu50和Cu100，即在0时其阻值R0值为50和100，铜电阻值与温度之间的关系可以查热电阻分度表Cu50或Cu100。 2022/8/26 3.热电阻的典型测量电路 热电阻的电阻变化比较小，电阻相对变化率仅为0

40、.385%/左右。例如Pt100，每度电阻变化量仅为0. 385，要精确地测量这么小的电阻变化是非常困难的，一般的电阻测量仪表无法满足要求。通常采用韦斯通电桥电路进行测量，将电阻相对变化R/R，转换为电压的变化，再用测量仪表进行测量。当R1为热电阻时 2022/8/26 在实际应用中，热电阻敏感元件安装在测量现场，感受被测介质的温度变化，而测量电路、显示仪表安装在远离现场的控制室内，热电阻的引线电阻将对测量结果有较大影响，造成测量误差。 为了克服环境温度的影响常采用三线单臂电桥电路。在电路中，热电阻的两根引线长度相同，引线的电阻值相等（即 ），被分配在两个相邻的桥臂中，那么由于引线长度的变化以

41、及环境温度变化引起的引线电阻值变化所造成的误差可以相互抵消。2022/8/262022/8/26 在测量环境良好、无腐蚀性的气体或固体表面温度时，可直接使用电阻式温度敏感元件。但在测量液体或测量环境比较恶劣时无法直接使用电阻式温度敏感元件，需要在其外表加防护罩进行保护。在工业测量过程中，为了防腐蚀，抗冲击，延长使用寿命，便于安装、接线，常用四种标准结构。二、电阻式温度传感器的结构2022/8/26 1.普通型热电阻温度传感器 普通型热电阻由热电阻元件、绝缘套管、引出线、保护套管及接线盒等基本部分组成。保护套管不仅用来保护热电阻感温元件免受被测介质化学腐蚀和机械损伤，还具有导热功能，将被测介质温

42、度快速传导至热电阻。2022/8/26 2 .铠装热电阻温度传感器铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、高绝缘氧化镁、1Cr18Ni9Ti不锈钢套管经多次一体拉制而成的坚实体。 这种结构在安装、弯曲时，不会损坏热电阻元件。与普通型热电阻相比，它有下列优点(1)体积小，内部无空气隙，热惯性小，测量滞后小；(2)机械性能好、耐振，抗冲击；(3)能弯曲，便于安装；(4)耐腐蚀，使用寿命长。 2022/8/26 3 .端面热电阻温度传感器端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制，紧贴在温度计端面。它与一般轴向热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。

43、2022/8/26 4 .隔爆型热电阻温度传感器隔爆型热电阻通过具有隔爆外壳的接线盒，把其外壳内部可能产生爆炸的混合气体，因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，阻止向周围的生产现场传爆。隔爆型热电阻一般用于有爆炸危险场所的温度测量。 2022/8/26 电阻式温度传感器的结构安装形式和种类较多，分析气化炉的使用及安装要求和温度测量范围，确定热电阻温度传感器的结构。 方案一：选择端面热电阻温度传感器为测温元件。这种传感器的热电阻感温元件紧贴在温度计端面，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于炉体表面温度的测量。在炉体表面安装一固定支架，再将传感器安装在支架上，使传感器端面紧贴

44、炉体表面，即可测得炉体表面温度。 选择该种传感器测量精度高，使用寿命长，但价格偏高。任务实施2022/8/26 方案二：选择热电阻感温元件直接贴在炉体表面。将薄膜式铂电阻直接贴在炉体表面，用高温环氧胶点固，元件引线与延长线焊接后用高温套管做好绝缘并点固，采用三线制或四线制接线方法与放大电路和报警电路进行电连接，即可。 选择该种测量方法测量精度高，价格便宜，但寿命短，为保证系统可靠性，热电阻感温元件需定期更换。 2022/8/26 电阻温度传感器在安装时，会因为安装场所、测量精度、机械强度、密封等因素对安装提出各种具体安装要求，应根据实际情况具体分析，采取相应措施加以解决。 1. 温度传感器的安

45、装地点应选择在便于安装、维护且不易受到外界损坏的位置。 2. 温度传感器的插入方向应与被测介质流向相逆，或者垂直，尽量避免与被测介质流向一致。 三、电阻温度传感器安装与使用2022/8/26 3. 在管道上安装电阻温度传感器时，应使传感器敏感温度的端头处于流速最大的管道中心线，插入深度不小于300mm，或应大于管道直径的1/3。4.传感器的电阻感温元件插入部分越长，测量误差越小，应争取较大的插入深度。一般安装在管道弯处增加插入深度，或斜插，或扩张。 2022/8/26 5. 为防止热量损耗，传感器感温元件暴露在设备外面的部分要尽量短，而且在露出部分加保温层； 6. 温度传感器安装在负压管道或容

46、器时，要保证安装的密封性良好。对于密封要求较高的腔体温度的测量，热电阻传感器安装完成后，应进行气密检查。 7. 温度传感器装在具有固体颗粒和流速很高的介质中时，为防止感温元件长期受到冲刷而损坏，可在感温元件之前加装保护板。 2022/8/26 电阻感温元件在用前、修后和使用过一段时间后，要进行校验，以便保证测量精度。 工业用热电阻感温元件的校验方法比较简单，通常只要校验R100/R0的比值即可。 在测试时，铂电阻元件的测试电流不应超过允许值，较大电流会使铂电阻元件产生自热，温度升高。例如一铂电阻元件当测试电流为1mA时，温升为0.05; 当测试电流为5mA时，温升为2.2。四、电阻感温元件的校

47、验2022/8/26 热敏电阻的校验方法与上面方法相同，只是因为热敏电阻的阻值与温度的关系为非线性，需要选择多点校验，一般将热敏电阻放在恒温槽进行恒温，保持温度点准确性。 在检验和选择热敏电阻时应注意：数字欧姆表和三用表测量时的工作电流很大，电流经过阻体，使阻体发热，而热敏电阻对温度很敏感，所以不能用这两种表测量它的电阻值。用电桥法时，需要将热敏电阻安装在专用的测量夹具上，并放在恒温室的恒温槽直至阻值不变。2022/8/26五、电阻感温元件常见故障及其处理 电阻感温元件常见的故障是电阻断路和短路，其中以断路为多，这是由于电阻丝很细所致，断路和短路都是比较容易判断的 。常见故障可能故障原因处理方

48、法测量数据比实际值低，或示值不稳定保护管内有金属屑、灰尘接线柱绝缘性能下降，电阻短路清除金属屑、灰尘，清洗接线柱掉短路处，加好绝缘显示仪表指示无穷大电阻断路仪表接线断路更换电阻感温元件测试数据指示负值测试仪表接线错误电阻短路改正接线方法去掉短路处阻值与温度关系改变电阻材料受蚀变质更换电阻感温元件2022/8/26任务导入 在轧钢过程中，钢坯的轧制温度是关键的工艺参数，钢坯温度控制的好坏，将直接影响产品的质量，希望有效地控制加热炉内的温度。要控制温度首先要精确地进行温度测量。 本任务就是针对轧钢工艺钢坯温度的控制，来选择一种温度传感器来进行温度测量。 一般来说，轧钢温度较高（在600以上），可以

49、选择热电偶温度传感器。热电偶温度传感器是如何测量温度？其结构、特点如何？ 课题四 热电偶式温度传感器 2022/8/26992022/8/26 知识点了热电偶的工作原理；了解常用热电极材料的类型、性能特点及其适用场合 。 技能点掌握热电偶式温度传感器的选型方法，会合理选用常见热电偶传感器； 掌握热电偶温度传感器的使用、测量方法2022/8/26一、热电偶的工作原理 相关知识 热电偶是由两种不同材料的金属导体丝或半导体组成。将两根金属丝的一端焊接在一起，作为热电偶的测量端，另一端与测量仪表相连，通过测量热电偶的输出电势，即可推算出所测温度值。 2022/8/26 热电偶的工作原理建立在导体的热电

50、效应上。 当有两种不同的导体或半导体A和B组成一个回路，其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，回路中将产生一个电动势，该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关。这种现象称为“热电效应”。 一端温度为T，称为工作端或热端，另一端温度为T0 ，称为自由端（也称参考端）或冷端，两种导体组成的回路称为“热电偶”，这两种导体称为“热电极”，产生的电动势则称为“热电动势”。 2022/8/26 根据理论推导和实践经验，我们可以得出如下结论： 1.热电偶回路中热电动势的大小，只与组成热电偶的导体材料和两接点的温度有关，而与热电偶的形状尺寸无关。 2.当热电偶两电极材料固定后，热电动势只与两接点

51、的温度有关。当冷端温度恒定，热电偶产生的热电动势只随热端(测量端)温度的变化而变化，即一定的热电动势对应着一定的温度。 因此，我们只要用测量热电动势的方法就可达到测温的目的。 2022/8/26热电偶还遵循以下几个基本定律： 均质导体定律 如果热电偶回路中的两个热电极材料相同，无论两接点的温度如何，热电动势为零。 根据这个定律，可以检验两个热电极材料成分是否相同(称为同名极检验法)，也可以检查热电极材料的均匀性。 2022/8/26 中间导体定律 在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种导体的两接点温度相同，则回路中总的热电动势不变。 在热电偶回路中接入第三种导体C。导体A与B接点处的温度为t

52、，A与C、B与C两接点处的温度相同，都为t0，则回路中的总电动势是不变的。 2022/8/26 热电偶的这种性质在实用上有着重要的意义，它使我们可以方便地在回路中直接接入各种类型的显示仪表或调节器，也可以将热电偶的两端不焊接而直接插入液态金属中或直接焊在金属表面进行温度测量。 2022/8/26.标准电极定律 如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知，则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势也就已知。 导体A、B分别与标准电极C组成热电偶，若它们所产生的热电动势为已知，那么，导体A与B组成的热电偶，其热电动势可由下式求得：2022/8/26 标准电极定律是一个极为实用的定

53、律。可以想象，纯金属的种类很多，而合金类型更多。因此，要得出这些金属之间组合而成热电偶的热电动势，其工作量是极大的。我们通常选用高纯铂丝作为标准电极，只要测得各种金属与纯铂组成的热电偶的热电动势，则各种金属之间相互组合而成的热电偶的热电动势可直接计算出来。 例如：热端为100，冷端为0时，镍铬合金与纯铂组成的热电偶的热电动势为2.95mV，而考铜与纯铂组成的热电偶的热电动势为-4.0mV，则镍铬和考铜组合而成的热电偶所产生的热电动势应为 2.95mV-(-4.0mV)=6.95mV2022/8/26中间温度定律热电偶在两接点温度t、t0时的热电动势等于该热电偶在接点温度为t、tn和tn、t0时

54、的相应热电动势的代数和。 中间温度定律可以用下式表示 2022/8/26 中间温度定律为补偿导线的使用提供了理论依据。它表明：若热电偶的热电极被导体延长，只要接入的导体组成热电偶的热电特性与被延长的热电偶的热电特性相同，且它们之间连接的两点温度相同，则总回路的热电动势与连接点温度无关，只与延长以后的热电偶两端的温度有关。 2022/8/26二、热电偶温度传感器的结构 热电偶温度传感器的结构与热电阻温度传感器类似，可以直接使用，也可以外加金属防护层。 1.普通型热电偶的结构 2.铠装热电偶的结构 3.薄膜热电偶 2022/8/262022/8/262022/8/262022/8/26 薄膜热电偶

55、的外形 1-热电极 2-热接点 3-绝缘基板 4-引出线 热电偶是一种有源传感器，测量时不需外加电源，常被用作测量炉子、管道内的气体或液体的温度及固体的表面温度。 温度传感器的灵敏度与材料的粗细无关，可用非常细的材料，有极高的响应速度，可以测量快速变化的过程，如燃烧和爆炸过程等。 热电偶传感器也有缺陷，它灵敏度比较低，容易受到环境干扰信号的影响，不适合测量微小的温度变化。三、热电偶的特点及应用2022/8/26 热电偶的种类很多。1991年，我国开始采用国际计量委员会规定的“1990国际温标”（简称ITS-90）的新标准，按此标准，共有八种标准化了的通用热电偶， 热电偶名称分度号使用温度长期使

56、用温度短期铂铑30-铂铑6B 0160001800铂铑13-铂R0140001600铂铑10-铂S0140001600镍铬-镍硅K0100001300镍铬-镍铜E06000800铁-康铜J-200600-200800铜-康铜T-200300-200350镍铬硅-镍硅N-2001300-20014002022/8/26 轧钢炉的使用及安装要求和温度测量范围，可以确定选用镍铬-镍硅（K型）热电偶作为温度敏感元件。 方案一：选择不加防护层的热电偶温度传感器，元件引线与延长线焊接后用高温套管做好绝缘并点固。这种传感器体积小，价格低，响应时间快，便于维修更换。但不耐腐蚀，使用寿命短。 任务实施2022/

57、8/26 方案二：选择铠装热电偶温度传感器。这种传感器可以根据需要任意弯曲，便于测量炉内的各温度点，测量精度较高，使用寿命长，但价格较高。 1-定位钢板 2-热电偶传感器 3-接插件 4- 补偿导线 5-测量显示仪表 2022/8/26 热电偶传感器的使用方法与一般温度传感器有所不同，在使用热电偶温度传感器时，应特别注意使用方法，否则会带来很大测量误差。 1.热电偶分度表 在使用没有温度指示的热电偶温度传感器时，则要根据传感器输出电压值来推算出相应的温度值。首先我们要知道热电偶传感器所使用的热电偶材料，然后根据相应分度号，查分度表，根据热电偶输出电压值可查出温度值。一般厂家也会随产品附给相应的

58、分度表。四、热电偶传感器的使用与安装2022/8/26 2. 热电偶的冷端补偿热电偶的分度表都是以t0=0作为基准进行分度的（即热电偶的冷端为0）。在实际测量过程中, 热电偶的冷端的温度往往不为0，这样给测量结果带来了较大温度误差。所以在使用热电偶的时候，要消除环境温度影响，即热电偶冷端补偿。根据热电偶中间温度定律我们可以得到以下公式： EAB (t, 0)= EAB (t, tn)+ EAB (tn, 0)式中EAB (t, tn)为热电偶在环境温度为tn的测量值，我们只需测出热电偶冷端所处的环境温度tn，然后根据分度表查出EAB (tn, 0)，即可求出EAB (t, 0)，查出较精确定温

59、度值。2022/8/26例：已知镍铬-镍硅(K)热电偶测炉温时，其冷端温度to=30，现测得热电动势E（t，to）=38.505mv，求炉内温度t为多少？解 镍铬-镍硅的分度号为K，查K型热电偶分度表，得EAB (30,0)1.203mV，则有：EAB (t, 0)= EAB (t, t0)+ EAB (t0, 0)38.505+1.20339.708 mV反查K型热电偶分度表，求得t=960。2022/8/26 热电偶冷端补偿方法很多，常用的补偿方法有以下几种： 1.冰浴法 2.计算机修正法 3.补偿电桥法 4.选择参考端温度不需要补偿的热电偶 2022/8/26 3.热电偶的冷端延长 实际

60、测温时，由于热电偶长度有限，冷端温度将直接受到被测物温度和周围环境温度的影响。 例如，热电偶安装在炼钢炉壁上，而冷端要接到远离炼钢炉测量仪表内，距离很长。虽然热电偶可以做得很长，但热电偶电极多数使用的是贵金属，这将增加测量系统的成本，损失经济效益。 工业生产中，一般采用补偿导线来延长热电偶的冷端，使之远离高温测量区。2022/8/26使用补偿导线时必须注意：1）各种补偿导线只能与相应型号的热电偶配用，不能互换。2）补偿导线与热电极连接时，正极应当接正极，负极接负极，极性不能反，否则会造成更大的误差。3）补偿导线与热电偶连接的两个接点必须靠近，使其温度相同，不会增加温度误差。4）补偿导线必须在规