学习单元三工程机械用温度传感器

学习单元三.工程机械用温度传感器3.1温度测量概述3.2热电阻式传感器3.3热电偶传感器

温度传感器是实现温度检测和控制的重要器件。在种类繁多的传感器中，温度传感器是应用最广泛、发展最快的传感器之一。工业生产自动化流程，温度测量点要占全部测量点的一半左右。温度是反映物体冷热状态的物理参数。3.1.1温度测量接触式温度传感器非接触式温度传感器接触式温度传感器的特点：传感器直接与被测物体接触进行温度测量，由于被测物体的热量传递给传感器，降低了被测物体温度，特别是被测物体热容量较小时，测量精度较低。因此采用这种方式要测得物体的真实温度的前提条件是被测物体的热容量要足够大。非接触式温度传感器主要是利用被测物体热辐射而发出红外线，从而测量物体的温度，可进行遥测。其制造成本较高，测量精度却较低。优点是：不从被测物体上吸收热量；不会干扰被测对象的温度场；连续测量不会产生消耗；反应快等。3.1温度测量概述金属热电阻传感器一般称作热电阻传感器，是利用金属导体的电阻值随温度的变化而变化的原理进行测温的。金属热电阻的主要材料是铂和铜。热电阻广泛用来测量-220～+850℃范围内的温度，少数情况下，低温可测量至1K（-272℃），高温可测量至1000℃。3.2热电阻式传感器

3.2.1常用热电阻

取一只100W/220V灯泡，用万用表测量其电阻值，可以发现其冷态阻值只有几十欧姆，而计算得到的额定热态电阻值应为484。

1.铂热电阻的电阻—温度特性

铂电阻的特点是测温精度高，稳定性好，所以在温度传感器中得到了广泛应用。铂电阻的应用范围为-200～+850℃。铂电阻的电阻—温度特性方程，在0～+850℃的温度范围内为：Rt=R0[1+At+Bt2+Ct3(t-100)]在-200～0℃的温度范围内为：Rt=R0(1+At+Bt2)薄膜型及普通型铂热电阻

薄膜铂电阻是使用最新的薄膜技术而制造的温度传感器。与其他类型的热电阻比较，此产品具有适于大批量生产，一致性好，成本低及尺寸小等特点。小型铂热电阻

防爆型铂热电阻

隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，能把内部爆炸性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，生产现场不会引起爆炸。

工程机械械用水温温传感器器及水温温表铜热电阻阻3.2.2热热电阻阻传感器器的测量量电路热电阻测测温电桥桥原理热电阻三三线制电电桥电路路热电阻传传感器的的测量电电路一般般使用电桥电路路，如左图图所示。。由于工工业用热热电阻安安装在生生产现场场，离控控制室较较远，因因此热电电阻的引引线对测测量结果果有较大大影响。。为此，，工业上上常采用用三线制接法，如如右图所所示。3.2.3热热敏电电阻半导体热热敏电阻阻简称热热敏电阻阻，是一一种新型型的半导导体测温温元件。。热敏电阻阻是利用用某些金属氧化化物或单晶锗、硅等材料，，按特定定工艺制制成的感感温元件件。热敏敏电阻可可分为三三种类型型，即：：正温度系系数（PTC））热敏电电阻负温度系系数（NTC））热敏电电阻在某一特特定温度度下电阻阻值会发发生突变变的临界界温度电电阻器（（CTR）。热敏电阻阻的外形形、结构构及符号号a）圆片片型热敏敏电阻b）柱型型热敏电电阻c）珠珠型热敏敏电阻d）铠装装型e）厚厚膜型f））图形符符号1—热敏敏电阻2—玻璃璃外壳3——引出线线4—紫铜铜外壳5—传热热安装孔孔热敏电阻阻的（Rt—t）特特性1-负指指数型NTC；；2-突变型型NTC；3-突变型型PTC；4-线性性型PTC各种热敏敏电阻的的特性曲曲线热敏电阻阻外形MF12型NTC热敏敏电阻聚脂塑料料封装热热敏电阻阻NTC热热敏电阻阻主要用用于温度测量量和补偿。PTC突突变型热热敏电阻阻主要用用作温度度开关，，PTC缓变型型热敏电电阻主要要用于在在较宽的的温度范范围内进进行温度度补偿或或温度测测量。CTR热热敏电阻阻主要用用作温度度开关。。3.2.4热热敏电电阻的应应用热敏电阻的的优点：电电阻温度系系数大、灵灵敏度高、、响应迅速速、结构简简单、体积积小、寿命命长以及价价格便宜。。由于热敏敏电阻本身身阻值大，，可以不考考虑导线带带来的误差差，故适合合远距离的的静态和动动态的测量量与控制。。缺点：非线线性严重，，在电路上上要进行线线性补偿，，互换性差差。1．温度测测量用于测量温温度的热敏敏电阻一般般结构较简简单，价格格较低廉。。没有外面面保护层的的热敏电阻阻只能应用用在干燥的的地方；密密封的热敏敏电阻不怕怕湿气的侵侵蚀，可以以用在较恶恶劣的环境境下。由于于热敏电阻阻的阻值较较大，故其其连接导线线的电阻和和接触电阻阻可以忽略略，使用时时采用二线线制即可。。测温范围围为-50℃℃~750℃。2．温度补补偿热敏电阻可可在一定的的温度范围围内对某些些元件进行行温度补偿偿。例如，，动圈式仪仪表表头中中的动圈由由铜线绕成成，温度升升高，其电电阻值增大大，引起测测量误差，，为此可在在动圈回路路中串入由由负温度系系数热敏电电阻组成的的电阻网络络，从而抵抵消由于温温度引起的的误差。实实际应用时时，将负温温度系数的的热敏电阻阻与锰铜丝丝电阻并联联后再与被被补偿元件件串联，如如图2-19所示。。3．温度控控制广泛用于空空调、冰箱箱、热水器器、节能灯灯等家用电电器的测温、控温温及国防、、科技等领领域。1）继电保保护热继电器原原理图热敏电阻用用于电热水器的温度控制制2）温度上下限限报警温度上下限限报警电路路图中Rt为NTC热热敏电阻，，采用运算算放大器构构成迟滞电电压比较器器，当温度度T等于设设定值时，，Uab=0，VT1，VT2都截止。当T升高时时，Rt减小。Uab＞0，VTl导通，LED1发光报警；；当T下降时时，Rt增加。Uab＜0，VT2导通，LED2发光报警。。3）电子节节能灯及电电子镇流器器预热启动动如果节能灯灯灯丝未经经预热突加加高压启动动，则将导导致灯丝材材料严重溅溅射，使灯灯管提前发发黑报废，，使用PTC热敏电电阻，在启启动时先预预热灯丝ls左右右，然后再再加高压点点亮灯管，，能有效地地防止灯管管两端发黑黑，同时能能防止三极极管等灯具具线路元件件受启动瞬瞬间大电流流及高反压压冲击，使使灯具寿命命延长10倍以上。。3.3热热电偶传感感器热电偶在温温度的测量量中应用十十分广泛。。它构造简简单，使用用方便，测测温范围宽宽，并且有有较高的精精确度和稳稳定性。3.3.1热电偶偶测温原理理1.热电效效应两种不同材材料的导体体组成一个个闭合回路路时，若两两接点温度度不同，则则在该回路路中会产生生电动势。。这种现象象称为热电电效应，该该电动势称称为热电势势。看一个实验验——热电电偶工作原原理演示结论：当两两个结点温温度不相同同时，回路路中将产生生电动势。。热电极A自由端（参考端、、冷端）测量端（工作端、、热端）热电极B热电势AB热电偶两结结点所产生生的总的热电势等于热端热热电势与冷冷端热电势势之差，是两个结结点的温差Δt的函数：EAB（T，T0）=eAB（T）-eAB（T0）热电势大致致与两个结点的的温差Δt成正比【例3.1】用镍铬—镍镍硅热电偶偶测炉温时时，其冷端端温度＝30℃，在在直流电位位计上测得得的热电势势＝30.839mV，求炉炉温。解：查镍铬—镍镍硅热电偶偶分度表（30℃，，0℃）=1.203mVEAB(T,0℃℃)=E(T,30℃)+EAB(30℃℃,0℃)=30.839+1.203=32.042(mV)再查分度表表得T=770℃℃。3.3.2热电电偶的结构构形式与热热电偶材料料1．热电偶偶的种类（1）普通通型热电偶偶普通装配型型热电偶的外外形安装螺纹安装法兰普通装配型热电偶的结结构放大图接线盒引出线套管管固定螺纹（出厂时用用塑料包裹裹）热电偶工作作端（热端端）不锈钢保护管（2）铠装装热电偶（（缆式热电电偶）铠装热电偶偶是将热电电偶丝与电电熔氧化镁镁绝缘物溶溶铸在一起起，外表再再套不锈钢钢管等构成成。这种热电偶偶耐高压、、反应时间间短、坚固固耐用。铠装型热电电偶铠装热电偶偶的制造工工艺：把热电极材材料与高温温绝缘材料料预置在金金属保护管管中、运用用同比例压压缩延伸工工艺、将这这三者合为为一体，制制成各种直直径、规格格的铠装偶偶体，再截截取适当长长度、将工工作端焊接接密封、配配置接线盒盒即成为柔柔软、细长长的铠装热热电偶。铠装热电偶偶特点：内部的热电电偶丝与外外界空气隔隔绝，有着着良好的抗抗高温氧化化、抗低温温水蒸气冷冷凝、抗机机械外力冲冲击的特性性。铠装热热电偶可以以制作得很很细，能解解决微小、狭窄窄场合的测温问题题，且具有有抗震、可可弯曲、超超长等优点点。铠装型热电电偶1-热电极极；2-绝绝缘材料；；3-金属套套管；4-接线盒；；5-固定装装置铠装型热电电偶外形法兰铠装型热电偶可长达上百米薄壁金属保保护套管管（铠体））BA绝缘材料铠装型热电电偶横截面面（3）薄膜膜热电偶用真空镀膜膜技术或真真空溅射等等方法，将将热电偶材材料沉积在在绝缘片表表面而构成成的热电偶偶称为薄膜膜热电偶。。测温范围为为-200~500℃。测量量端既小又又薄，热容容量小，响响应速度快快。适用于于测量微小小面积上的的瞬变温度度。薄膜热电偶偶（4）表面面热电偶主要用于现现场流动的的测量，广广泛用于纺纺织、印染染、造纸、、塑料及橡橡胶工业；；探头有各各种形状(弓形、薄薄片形等)，以适应应于不同物物体表面测测温用。在在其把手上上装有动圈圈式仪表，，读数方便便。测量温温度范围有有0~250℃和0~600℃两种。。（5）防爆爆热电偶在石油、化化工、制药药工业中，，生产现场场有各种易易然、易爆爆等化学气气体，这时时需要采用用防爆热电电偶。它采采用防爆型型接线盒，，有足够的的内部空间间、壁厚及及机械强度度，其橡胶胶密封圈的的热稳定性性符合国家家的防爆标标准。因此此，即使接接线盒内部部爆炸性混混合气体发发生爆炸时时，其压力力也不会破破坏接线盒盒，其产生生的热能不不能向外扩扩散传爆，，可达到可可靠的防爆爆效果。隔爆型热电偶外外形厚壁保护管管压铸的接线线盒电缆线3.3.3热电偶偶测温基本本电路如下页图所所示图（a）表表示了测量量某