智能传感与检测技术 教案 5-1 热电式传感器

《智能传感与检测技术》课程教案授课章节第5章热电式传感器5.1热电偶传感器5.1.1热电偶的测温原理5.1.2热电偶定律5.1.3热电偶的冷端温度补偿方法5.1.4热电偶传感器的应用实例5.2热电阻传感器5.3热敏电阻传感器建议课时授课方式理论知识讲授+课堂提问讨论+多媒体演示所属专业教学目标掌握热电偶的测温原理和热电偶定律2.掌握热电偶的冷端温度补偿方法3.了解热电偶传感器的应用实例4.了解热电阻传感器和热敏电阻传感器教学重点1.掌握热电偶的测温原理和热电偶定律2.掌握热电偶的冷端温度补偿方法3.了解热电偶传感器的应用实例教学难点热电偶的测温原理和热电偶定律参考教材《智能传感与检测技术》徐小华主编机械工业出版社ISBN978-7-111-76072-6教学内容『新课导入』温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关，因此温度控制是生产自动化的重要任务。如冶金、机械、热处理、食品、化工以及玻璃、陶瓷和耐火材料等各类工业生产过程中广泛使用各种加热炉、热处理炉、反应炉等『授课内容』5.1热电偶传感器热电偶作为温度传感器，测得与温度相应的热电动势，由仪表显示出温度值。热电偶传感器广泛用来测量-200℃~1800℃范围内的温度，特殊情况下，可测至2800℃的高温或4K的低温。它具有结构简单，价格便宜，准确度高，测温范围广等特点。由于热电偶将温度转化成电量进行检测，使温度的测量、控制、以及对温度信号的放大，变换都很方便，适用于远距离测量和自动控制。5.1.1热电偶的测温原理热电偶的测温原理基于热电效应。将两种不同材料的导体A和B串接成一个闭合回路，当两个接点1和2的温度不同时，如T＞T0，如图5-2所示，在回路中就会产生热电动势，并在回路中有一定大小的电流，此根据热电极的材料，热电偶可分为难熔金属热电偶、贵金属热电偶、廉金属热电偶、非金属热电偶等；根据测温范围，热电偶可分为高温热电偶、中温热电偶、低温热电偶；根据工业标准化的情况，又分为标准化热电偶和非标准化热电偶。标准化热电偶国家已定型批量生产，它具有良好的互换性，有统一的分度表，并有与之配套的记录和显示仪表。这对生产和使用都带来了方便。1.铂銠-铂热电偶2.镍铬-镍硅热电偶3.铂銠-铂銠热电偶4.铜-康铜热电偶5.1.2热电偶定律1.均质导体定律中间导体定律参考电极定律两种导体A,B分别与参考电极C(或称标准电极)组成热电偶，如果他们所产生的热电动势为已知，A和B两极配对后的热电动势可用下式求得+5.1.3热电偶的冷端温度补偿方法常用的补偿措施有补偿导线法、冷端0℃恒温法、电桥补偿法等。补偿导线法冷端0℃恒温法电桥补偿法电桥的4个电阻均和热电偶冷端处在同一环境温度，但由于RT的阻值随环境温度变化而变化，使电桥产生的不平衡电压的大小和极性随着环境温度的变化而变化，从而达到自动补偿的目的。5.1.4热电偶传感器的应用实例5.2热电阻传感器热电阻传感器是利用导体或半导体的电阻值随温度的变化来测量温度的元件，它由热电阻体（感温元件），连接导线和显示或纪录仪表构成。热电阻传感器广泛用来测量-200～850℃范围内的温度，少数情况下，低温可至1K，高温可达1000

℃。在常用的电阻温度计中，标准铂电阻温度计的准确度最高。同热电偶相比，具有准确度高，输出信号大，灵敏度高，测温范围广，稳定型好,

输出线性好等特性。5.3热敏电阻传感器热敏电阻是一种电阻值随其温度成指数变化的半导体热敏元件。广泛应用于家电、汽车、测量仪器等领域。优点如下：电阻温度系数大，灵敏度高，比一般金属电阻大10～100倍；结构简单，体积小，可以测量“点”温度；电阻率高，热惯性小，适宜动态测量；(4)功耗小，不需要参考端补偿，适于远距离的测量与控制。缺点是阻值与温度的关系呈非线性，元件的稳定性和互换性较差。除高温热敏电阻外，不能用于350℃以上的高温。热敏电阻由热敏探头，引线，壳体等构成，图5-5热敏电阻的结构与符号。『课堂小结』对于机械、冶金、能源、国防等部门来说，金属表面温度的测量是非常普遍而又比较复杂的问题。例如热处理工作中锻件、铸件以及各种余热利用的热