工業(yè)檢測(cè)模塊化課程項(xiàng)目研究報(bào)告爐溫壓力檢測(cè)

1、工業(yè)檢測(cè)南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系模塊化課程項(xiàng)目研究報(bào)告課程名稱：工業(yè)檢測(cè)項(xiàng)目名稱：爐溫壓力檢測(cè)班 級(jí)： 姓 名： 學(xué)號(hào)：同組學(xué)員：成 績(jī)： 教師簽名： 日 期： 目 錄一、 任務(wù)分析 二、 資訊1. 溫度測(cè)量的基本概念a) 溫度b) 溫標(biāo)2. 溫度測(cè)量傳感器的分類a) 熱電阻傳感器b) 熱電偶傳感器c) 膨脹式傳感器3.爐溫監(jiān)測(cè)儀的方案4.元器件三、 決策四、 計(jì)劃五、 實(shí)施六、 檢查七、 評(píng)價(jià)一、 任務(wù)分析溫度是一個(gè)和人們生活環(huán)境有著密切關(guān)系的物理量，也是一種在生產(chǎn)，科研，生活中需要測(cè)量的重要物理量。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，溫度是需要進(jìn)行測(cè)量和控制的重要參數(shù)之一，在生產(chǎn)自動(dòng)化流程，溫度測(cè)量點(diǎn)要占

2、全部測(cè)量點(diǎn)的一半左右，人類離不開(kāi)溫度檢測(cè)，更離不開(kāi)溫度傳感器。因此，溫度傳感器有著非常廣泛的應(yīng)用。而在本項(xiàng)目爐溫監(jiān)測(cè)儀設(shè)置中，溫度監(jiān)測(cè)范圍要求為4085。正如之前所說(shuō)溫度的測(cè)量離不開(kāi)傳感器。測(cè)量溫度的傳感器很多，常用的有熱電阻，熱電偶，pn結(jié)測(cè)溫集成電路，紅外輻射溫度計(jì)等。本項(xiàng)目主要是利用熱電阻和熱電偶傳感器進(jìn)行溫度的測(cè)量。 也許有人會(huì)問(wèn)什么是溫度，為什么要測(cè)量溫度，溫度用什么表示，如何測(cè)量溫度等等關(guān)于溫度的一些問(wèn)題，關(guān)于這些問(wèn)題的答案，我會(huì)一一說(shuō)明。二、 資訊1溫度測(cè)量的基本概念a) 溫度的基本概念 溫度是表征物體冷熱程度的物理量。溫度標(biāo)志著物質(zhì)內(nèi)部大量分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。溫度越高，表

3、示物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈。b) 溫標(biāo) 問(wèn)度的數(shù)值表示方法稱為溫標(biāo)。他規(guī)定了溫度的讀數(shù)的起點(diǎn)（即零點(diǎn)）以及溫度的單位。各類溫度計(jì)的刻度均由溫標(biāo)確定。國(guó)際上規(guī)定的溫標(biāo)有：攝氏溫標(biāo)（），華氏溫標(biāo)（f），熱力學(xué)溫標(biāo)（k）。(1)攝氏溫標(biāo)（）攝氏溫標(biāo)把在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的熔點(diǎn)定為零度（0），把誰(shuí)的溫度定為100度。在這兩固定點(diǎn)間劃分一百等分，每一等分為每攝氏一度，符號(hào)為t。(2)華氏溫標(biāo)（f）它規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冰的熔點(diǎn)為32f，水的沸點(diǎn)為212f兩固定點(diǎn)間劃分180等分，每一等分劃分為華氏一度，符號(hào)為。它與攝氏溫標(biāo)的關(guān)系式為/f=（1.8t+32）（3）熱力學(xué)溫標(biāo)（k）熱力學(xué)溫標(biāo)是建立在熱力學(xué)第二定

4、律基礎(chǔ)上的最科學(xué)的溫標(biāo)，是由開(kāi)爾文（kelvin）根據(jù)熱力學(xué)定律提出來(lái)的，因此又稱開(kāi)氏溫標(biāo)。它的符號(hào)是t，單位是開(kāi)爾文（k） 。由于以前曾規(guī)定冰點(diǎn)的溫度為273.15k，所以現(xiàn)在沿用這個(gè)規(guī)定，k氏和攝氏的溫度轉(zhuǎn)換t/k=t/+273.15我國(guó)常用攝氏溫標(biāo)（c ），國(guó)外多用華氏溫標(biāo)（f），而熱力學(xué)溫標(biāo)（k）一般為實(shí)驗(yàn)室研究使用。2）測(cè)量溫度傳感器的分類電測(cè)溫度傳感器按照用途可分為基準(zhǔn)溫度計(jì)和工業(yè)溫度計(jì)；按照測(cè)量方法又可分為接觸式和非接觸式；按工作原理又可分為膨脹式、電阻式、熱電式、輻射式等等；按輸出方式分，有自發(fā)電型、非型等。在這里我們只介紹膨脹式、電阻式、熱電式。a) 熱電阻傳感器熱電阻傳感器

5、是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進(jìn)行測(cè)溫的。主要用于測(cè)量溫度以及與溫度有關(guān)的參量。測(cè)量精度高，易于使用在自動(dòng)測(cè)量和遠(yuǎn)距離測(cè)量中。在工業(yè)上，它被廣泛用來(lái)測(cè)量200960范圍內(nèi)的溫度。按熱電阻性質(zhì)不同，可分為金屬熱電阻（熱電阻）和半導(dǎo)體熱電阻（熱敏電阻）兩大類。（1） 熱電阻熱電阻主要是利用電阻隨溫度升高而增大這一特性來(lái)測(cè)量溫度的。作為測(cè)溫用的熱電阻材料，希望具有電阻溫度系數(shù)大，線性好，性能穩(wěn)定，使用溫度范圍寬，加工容易等特點(diǎn)。在鉑和銅中，鉑的性能最好，溫度適用范圍為-200960;銅電阻價(jià)廉并且線性好，但易氧化，故適用溫度較低。表1.1幾種熱電阻的主要技術(shù)性能。1.)熱電阻傳感器

6、工作原理溫度升高，金屬內(nèi)部原子晶格的振動(dòng)加劇，從而使金屬內(nèi)部的自由電子通過(guò)金屬導(dǎo)體時(shí)的阻礙增大，宏觀上表現(xiàn)出電阻率變大，電阻值增加，我們稱為正溫度系數(shù)，即電阻值與溫度的變化趨勢(shì)相同。表1.2熱電阻主要技術(shù)性能表1.2 熱電阻主要技術(shù)性能2.)熱電阻結(jié)構(gòu)金屬熱電阻按結(jié)構(gòu)類型分有普通型，鎧裝型，薄膜型。普通型由金屬電阻絲，支架，引出線，保護(hù)套管及接線盒等基本部分組成。如圖所示。圖1.3 熱電阻結(jié)構(gòu)3.)熱電阻的應(yīng)用內(nèi)部引線方式有兩線制、三線制和四線制三種。二線制中引線電阻對(duì)測(cè)量影響大,用于測(cè)溫精度不高場(chǎng)合。三線制可以減小熱電阻與測(cè)量?jī)x表之間連接導(dǎo)線的電阻因環(huán)境溫度變化所引起的測(cè)量誤差。四線制可以完

7、全消除引線電阻對(duì)測(cè)量的影響,用于高精度溫度檢測(cè)。工業(yè)用鉑電阻測(cè)溫采用三線制或四線制。 （內(nèi)部引線方式）(2)熱敏電阻熱敏電阻是一種新型的半導(dǎo)體測(cè)溫元件。按溫度系數(shù)不同可分為負(fù)溫度系數(shù)（ntc）和正溫度系數(shù)（ptc）。所謂正溫度系數(shù)是指電阻的變化趨勢(shì)與溫度的變化趨勢(shì)相同；所謂負(fù)溫度系數(shù)是指當(dāng)溫度上升時(shí)，電阻值反而下降的變化特性。ntc熱敏電阻研制得較早，也較成熟。最常見(jiàn)的是由金屬氧化物組成的。如錳、鈷、鐵、鎳、銅等多種氧化物混合燒結(jié)而成，其標(biāo)稱阻值(25時(shí))，可以從0.1至幾兆歐范圍內(nèi)選擇，視氧化物的比例而定。典型的ptc熱敏電阻通常是在鈦酸鋇中摻入其他金屬離子，以改變其溫度系數(shù)和臨界溫度。它的

8、溫度電阻特性曲線呈非線性，它在電子線路中多起限流、保護(hù)作用。當(dāng)流過(guò)ptc的電流超過(guò)一定限度或ptc感受的溫度超過(guò)一定限度時(shí)，其電阻突然增大。1.）熱敏電阻的工作原理及特點(diǎn)半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值和溫度的關(guān)系為由此公式推出，熱敏電阻是一種電阻值隨溫度呈指數(shù)變化的半導(dǎo)體熱敏元件，電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電阻率高，熱慣性小，價(jià)格便宜的特點(diǎn)。但其電阻值和溫度的關(guān)系線性度差，且穩(wěn)定性和互換性也較差。2.）熱敏電阻的結(jié)構(gòu)熱敏電阻可根據(jù)使用要求加工成各種形狀的探頭，如園片型、柱型、珠型、鎧裝型、薄膜型等，如下圖所示。圖1.4 熱敏電阻的外形、結(jié)構(gòu)及符號(hào)（a）圓片型熱敏電阻 （b）柱形熱敏電阻 （c）珠

9、型熱敏電阻 （d）鎧裝性 （e）厚膜型 （f）圖形符號(hào)3.）熱敏電阻的應(yīng)用熱敏電阻幾乎在每個(gè)部門(mén)都有使用，如家用電器、制造工業(yè)、醫(yī)療設(shè)備、運(yùn)輸、通信、保護(hù)報(bào)警裝置和科研等。如半導(dǎo)體點(diǎn)溫計(jì)熱敏電阻用于熱保護(hù)液面位置傳感器等。 半導(dǎo)體點(diǎn)溫計(jì) 熱敏電阻很適合作點(diǎn)溫計(jì)，因?yàn)樗捏w積小，響應(yīng)速度快。半導(dǎo)體點(diǎn)溫計(jì)采用不平衡電橋電路。 熱敏電阻用于熱保護(hù) 利用熱敏電阻可以對(duì)特定的溫度進(jìn)行監(jiān)視，例如可以監(jiān)測(cè)電機(jī)繞組的過(guò)熱狀態(tài)。只需將珠狀阻體裝在電機(jī)繞組間，通過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)線引出，當(dāng)電樞繞組溫度過(guò)高時(shí)，就會(huì)發(fā)出警報(bào)或自動(dòng)切斷電源， 液面位置傳感器 作被面位置傳感器用的熱敏電阻通以電流將引起自身發(fā)熱。當(dāng)處于兩種不同介質(zhì)中

10、，電阻的散熱條件石同，流過(guò)的電流也不同。通過(guò)電流表的指示可以反映液面的水平位置。b) 熱電偶傳感器1.）熱電偶傳感器工作原理將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體a和b焊接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，如圖所示工作原理圖當(dāng)導(dǎo)體a和b的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，因而在回路中形成一個(gè)大小的電流，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來(lái)工作的。圖1.5 熱電偶回路eab（t，t0）=eab （ t ）- eab （ t0 ）2.）熱電偶的種類及結(jié)構(gòu)形式（1）普通型熱電偶普通型熱電偶主要用于測(cè)量氣體，蒸氣和液體等介質(zhì)的溫度。這類熱電偶以做成標(biāo)準(zhǔn)形式，其中包括有棒形，角行，錐形。從安裝

11、固定方式來(lái)看，有固定法蘭式，活動(dòng)法蘭式，固定螺紋式，焊接固定式和無(wú)專門(mén)固定式等幾種。（2） 鎧裝性熱電偶 鎧裝熱電偶是由金屬保護(hù)套管，絕緣材料和熱電集三者組合成一體的特殊結(jié)構(gòu)的熱電偶。鎧裝熱電偶的特點(diǎn)：內(nèi)部的熱電偶絲與外界空氣隔絕，有著良好的抗高溫氧化，抗低溫水蒸氣冷凝，抗機(jī)械外力沖積的特性。鎧裝熱電偶可以制作的很細(xì)，能解決微小，狹窄場(chǎng)合的溫度問(wèn)題，且具有抗震，可彎曲，超長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。（3） 隔爆型熱電偶隔爆熱電偶的接線盒在設(shè)計(jì)時(shí)采用防爆的特殊結(jié)構(gòu)，它的接線盒是經(jīng)過(guò)壓鑄而成的，有一定的厚度，隔爆空間，機(jī)構(gòu)強(qiáng)度較高；采用螺紋隔爆結(jié)合面，并用密封圈進(jìn)行密封，因此，但接線盒內(nèi)一旦放弧時(shí)，不會(huì)與外界的危險(xiǎn)

12、氣體傳爆，能達(dá)到預(yù)期的防爆，隔爆效果。使用場(chǎng)合主要是工業(yè)用隔爆型熱電偶多用于化學(xué)自動(dòng)控制系統(tǒng)中。3)熱電偶的應(yīng)用 金屬表面溫度的測(cè)量 對(duì)于機(jī)械、冶金、能源、國(guó)防等部門(mén)來(lái)說(shuō)，金屬表面溫度的測(cè)量是非常普遍而又比較復(fù)雜的問(wèn)題。例如，熱處理工作中鍛件、鑄件以及各種余熱利用的熱交換器表面、氣體蒸氣管道、爐壁面等表面溫度的測(cè)量。根據(jù)對(duì)象特點(diǎn)，測(cè)溫范圍從幾百攝氏度到一千多攝氏度，而測(cè)量方法通常采用直接接觸測(cè)溫法。直接接觸測(cè)溫法足指采用各種型號(hào)及規(guī)格的熱電偶(視溫度范圍而定)，用粘接劑或焊接的方法，將熱電偶與被測(cè)金屬表面(或去掉表面后的淺槽)直接接觸，然后把熱電偶接到顯示儀表上組成測(cè)溫系統(tǒng)：被測(cè)溫度在2003

13、00c左右時(shí)，可采用粘接劑將熱電偶的結(jié)點(diǎn)粘附于金屬壁面，工藝比較簡(jiǎn)單，但是在不少情況下，特別在溫度較高，要求測(cè)量精度高和時(shí)間常數(shù)小的情況下，常常采用焊接的方法，將熱電偶頭部焊于金屬壁面。此時(shí)熱電偶的接點(diǎn)被接地，所以必須采用差動(dòng)減法放大器。 利用熱電偶監(jiān)測(cè)燃?xì)鉄崴鞯幕鹧?燃?xì)鉄崴鞯氖褂冒踩灾陵P(guān)重要。在燃?xì)鉄崴髦性O(shè)置有防止熄火裝置、防止缺氧不完全燃燒裝置、防缺水空燒安全裝置及過(guò)熱安全裝置等，涉及多種傳感器。防熄火、防缺氧不完全燃燒的安全裝置中使用了熱電偶傳感器。c)膨脹式傳感器膨脹式測(cè)溫是一種比較傳統(tǒng)的測(cè)溫方法，它主要利用物質(zhì)的熱脹冷縮原理即根據(jù)物體體積或幾何形變與溫度的關(guān)系進(jìn)行溫度測(cè)量。

14、膨脹式溫度計(jì)包括玻璃液體溫度計(jì)、雙金屬膨脹式溫度計(jì)和壓力式溫度計(jì)等。膨脹式溫度計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，可直接讀數(shù)，使用方便，并且由于是非電量測(cè)溫方式，適用于防爆場(chǎng)合。但準(zhǔn)確度較低，不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，而且容易損壞。3.檢測(cè)溫度的方案方案1.pn結(jié)溫度傳感器測(cè)溫晶體二極管或三極管的pn結(jié)電壓是隨溫度變化的。如硅管的pn結(jié)的結(jié)電壓在溫度美升高1時(shí)，下降約-2.2mv，利用這種特性可做成各種各樣的pn結(jié)溫度傳感器。方案2.負(fù)溫度熱敏電阻測(cè)溫負(fù)溫度熱敏電阻（ntc）主要用于溫度測(cè)量。一般ntc熱敏電阻測(cè)量范圍為：-50+300。熱敏電阻體積小，重量輕，熱慣性小，工作壽命長(zhǎng)，價(jià)格便宜，且本身阻值大，無(wú)需考慮引

15、線長(zhǎng)度帶來(lái)的誤差，使用于遠(yuǎn)距傳輸。但它非線性大，穩(wěn)定性差，有老化現(xiàn)象，一致性差。一般僅適于低精度測(cè)溫。方案3.銅電阻傳感器測(cè)溫利用導(dǎo)體電阻隨溫度變化的特性。銅電阻在測(cè)量時(shí)，其材料電阻溫度系數(shù)大，穩(wěn)定性好，電阻率高，電阻與溫度之間有線性關(guān)系。4.元器件 （1）可調(diào)電阻 （2）普通電阻 （3）銅電阻 （4）k型熱電偶三、 決策1)熱電阻 目前較為廣泛應(yīng)用的熱電阻材料是鉑、銅，它們的電阻溫度系數(shù)在3610/范圍內(nèi)。作為測(cè)溫用的熱電阻材料，希望具有電阻溫度系數(shù)大、線性好、性能穩(wěn)定、使用溫度范圍寬、加工容易等特點(diǎn)。在鉑、銅中，鉑的性能最好，采用特殊的結(jié)構(gòu)可以制成標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)，它的適用溫度范圍為-200 +

16、960，但成本太高；銅電阻價(jià)廉并且線性較好，適用于溫度在50一150的環(huán)境中，目前銅熱電阻應(yīng)用很普遍。2)熱電偶 其特點(diǎn)測(cè)量精度高。因熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。測(cè)量范圍廣熱電偶一般用于測(cè)量500以上的較高溫度。對(duì)于500以下的中低溫，熱電偶輸出的熱電勢(shì)很小，這對(duì)二次儀表的放大器。抗干擾措施等的要求就很高，否則難以實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量；而且，在較低的溫度區(qū)域，冷端溫度的變化所引起的相對(duì)誤差也非常突出。所以測(cè)量中低溫時(shí)，一般使用熱電偶溫度測(cè)量傳感器較為合適。3)膨脹式 在工業(yè)應(yīng)用中，膨脹式溫度計(jì)準(zhǔn)確度較低，不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，而且容易損壞。 綜上所述，因在本項(xiàng)目爐溫測(cè)溫儀中，溫度測(cè)量范圍在

17、4085。故選用銅電阻測(cè)溫方法。四、 計(jì) 劃 本項(xiàng)目共實(shí)驗(yàn)兩次，得到四組數(shù)據(jù)，分別是從40加溫到85;從85降到40；40再加溫到85；再?gòu)?5降溫到40，其中t=5，隨著溫度的變化記錄電壓值。設(shè)計(jì)電路原理圖用單臂電橋電路測(cè)量爐溫溫度。 具體人員分配:第一步由我.負(fù)責(zé)接電路圖，.負(fù)責(zé)檢查電路圖；第二部有我調(diào)節(jié)溫度，.負(fù)責(zé)觀察溫度的變化，.記錄數(shù)據(jù)。由測(cè)得數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)。五、實(shí) 施1）所需原件電阻及可調(diào)電阻，k型熱電偶，銅電阻，電源及電源線等等。2）爐溫監(jiān)測(cè)儀電路原理圖電路原理圖分析：此電橋電路的一個(gè)臂接入應(yīng)變片，故此電路為單臂電橋電路。電路平衡條件為r1r2=r3r4，rp1的作用是調(diào)節(jié)電路的平

18、衡。利用電路的平衡，銅電阻阻值隨溫度的變化輸出電壓值，從而檢測(cè)溫度變化。3）接電路分析：利用熱電偶給鍋爐加熱，通過(guò)銅電阻傳感器的阻值變化輸出電壓發(fā)生變化，記錄數(shù)據(jù)輸出。4）在常溫基礎(chǔ)上，將設(shè)定溫度值按=5讀取數(shù)顯表值。數(shù)據(jù)如下：溫度t（）40455055606570758085第一組 vo2(mv)30507090110130150160180200第二組 vo2(mv)30406080100120140160180200第三組 vo2(mv)4080110130150170190210230250第四組 vo2(mv)40701001201401601802002202505）取四組數(shù)據(jù)的平均值，畫(huà)出論爐溫檢測(cè)儀的輸出特性曲線如圖所示：數(shù)據(jù)分析：通過(guò)數(shù)據(jù)分析圖可以看出，此銅熱電阻傳感器的熱電勢(shì)和溫度成線性關(guān)系，銅熱電阻的輸出信號(hào)大，準(zhǔn)確度較