工業(yè)檢測模塊化課程項(xiàng)目研究報(bào)告爐溫壓力檢測

1、工業(yè)檢測南通航運(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)檢測項(xiàng)目名稱：爐溫壓力檢測班 級： 姓 名： 學(xué)號：同組學(xué)員：成 績： 教師簽名： 日 期： 目 錄一、 任務(wù)分析 二、 資訊1. 溫度測量的基本概念a) 溫度b) 溫標(biāo)2. 溫度測量傳感器的分類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)測儀的方案4.元器件三、 決策四、 計(jì)劃五、 實(shí)施六、 檢查七、 評價(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，生活中需要測量的重要物理量。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，溫度是需要進(jìn)行測量和控制的重要參數(shù)之一，在生產(chǎn)自動(dòng)化流程，溫度測量點(diǎn)要占

2、全部測量點(diǎn)的一半左右，人類離不開溫度檢測，更離不開溫度傳感器。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)測儀設(shè)置中，溫度監(jiān)測范圍要求為4085。正如之前所說溫度的測量離不開傳感器。測量溫度的傳感器很多，常用的有熱電阻，熱電偶，pn結(jié)測溫集成電路，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)行溫度的測量。 也許有人會問什么是溫度，為什么要測量溫度，溫度用什么表示，如何測量溫度等等關(guān)于溫度的一些問題，關(guān)于這些問題的答案，我會一一說明。二、 資訊1溫度測量的基本概念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)，是由開爾文（kelvin）根據(jù)熱力學(xué)定律提出來的，因此又稱開氏溫標(biāo)。它的符號是t，單位是開爾文（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我國常用攝氏溫標(biāo)（c ），國外多用華氏溫標(biāo)（f），而熱力學(xué)溫標(biāo)（k）一般為實(shí)驗(yàn)室研究使用。2）測量溫度傳感器的分類電測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)行測溫的。主要用于測量溫度以及與溫度有關(guān)的參量。測量精度高，易于使用在自動(dòng)測量和遠(yuǎn)距離測量中。在工業(yè)上，它被廣泛用來測量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測量溫度的。作為測溫用的熱電阻材料，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測量影響大,用于測溫精度不高場合。三線制可以減小熱電阻與測量儀表之間連接導(dǎo)線的電阻因環(huán)境溫度變化所引起的測量誤差。四線制可以完

7、全消除引線電阻對測量的影響,用于高精度溫度檢測。工業(yè)用鉑電阻測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與溫度的變化趨勢相同；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ptc的電流超過一定限度或ptc感受的溫度超過一定限度時(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（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3.）熱敏電阻的應(yīng)用熱敏電阻幾乎在每個(gè)部門都有使用，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特定的溫度進(jìn)行監(jiān)視，例如可以監(jiān)測電機(jī)繞組的過熱狀態(tài)。只需將珠狀阻體裝在電機(jī)繞組間，通過長導(dǎo)線引出，當(dāng)電樞繞組溫度過高時(shí)，就會發(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，流過的電流也不同。通過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，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，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，焊接固定式和無專門固定式等幾種。（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，狹窄場合的溫度問題，且具有抗震，可彎曲，超長等優(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 金屬表面溫度的測量 對于機(jī)械、冶金、能源、國防等部門來說，金屬表面溫度的測量是非常普遍而又比較復(fù)雜的問題。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量。根據(jù)對象特點(diǎn)，測溫范圍從幾百攝氏度到一千多攝氏度，而測量方法通常采用直接接觸測溫法。直接接觸測溫法足指采用各種型號及規(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溫系統(tǒng)：被測溫度在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，工藝比較簡單，但是在不少情況下，特別在溫度較高，要求測量精度高和時(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溫是一種比較傳統(tǒng)的測溫方法，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溫方式，適用于防爆場合。但準(zhǔn)確度較低，不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，而且容易損壞。3.檢測溫度的方案方案1.pn結(jié)溫度傳感器測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)溫度熱敏電阻測溫負(fù)溫度熱敏電阻（ntc）主要用于溫度測量。一般ntc熱敏電阻測量范圍為：-50+300。熱敏電阻體積小，重量輕，熱慣性小，工作壽命長，價(jià)格便宜，且本身阻值大，無需考慮引

15、線長度帶來的誤差，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溫。方案3.銅電阻傳感器測溫利用導(dǎo)體電阻隨溫度變化的特性。銅電阻在測量時(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)測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。測量范圍廣熱電偶一般用于測量500以上的較高溫度。對于500以下的中低溫，熱電偶輸出的熱電勢很小，這對二次儀表的放大器。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誤差也非常突出。所以測量中低溫時(shí)，一般使用熱電偶溫度測量傳感器較為合適。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)目爐溫測溫儀中，溫度測量范圍在

17、4085。故選用銅電阻測溫方法。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；再從85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，從而檢測溫度變化。3）接電路分析：利用熱電偶給鍋爐加熱，通過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，畫出論爐溫檢測儀的輸出特性曲線如圖所示：數(shù)據(jù)分析：通過數(shù)據(jù)分析圖可以看出，此銅熱電阻傳感器的熱電勢和溫度成線性關(guān)系，銅熱電阻的輸出信號大，準(zhǔn)確度較