溫檢測(cè)上PPT課件

1、2.1 溫標(biāo)及測(cè)溫方法 2.1.1 溫標(biāo) 經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo): :攝氏溫標(biāo)，華氏溫標(biāo)，列氏溫標(biāo)。換算關(guān)系為 C=(5/9)(F-32)=(5/4)R 熱力學(xué)溫標(biāo): :又稱為開(kāi)爾文溫標(biāo)，用符號(hào)K表示。換算關(guān)系為 K=273.15+C 國(guó)際實(shí)用溫標(biāo) 第1頁(yè)/共47頁(yè)2.1 溫標(biāo)及測(cè)溫方法 2.1.2 溫度檢測(cè)的主要方法及分類 溫度檢測(cè)方法一般可以分為兩大類，即接觸測(cè)量法和非接觸測(cè)量法。常用的測(cè)溫方法、類型及特點(diǎn)如表2.1.1所示。 第2頁(yè)/共47頁(yè)2.2 膨脹式溫度計(jì) 膨脹式溫度計(jì)分為液體膨脹式溫度計(jì)和固體膨脹式溫度計(jì)兩大類。 2.2.1 雙金屬溫度計(jì) 雙金屬溫度計(jì)的特點(diǎn): :抗震性能好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，牢固可靠

2、，讀數(shù)方便，但它的精度不高，測(cè)量范圍也不大。第3頁(yè)/共47頁(yè)2.2 膨脹式溫度計(jì)Bimetallic thermometer第4頁(yè)/共47頁(yè)2.2 膨脹式溫度計(jì) Realizations of bimetallic thermometers第5頁(yè)/共47頁(yè)2.2 膨脹式溫度計(jì)電烤箱和電火鍋上的溫度調(diào)節(jié)與控制：電烤箱和電火鍋上的溫度調(diào)節(jié)與控制：第6頁(yè)/共47頁(yè)2.2 膨脹式溫度計(jì) 2.2.2 壓力式溫度計(jì)一、壓力式溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)與原理 二、充氣體的壓力溫度計(jì): :氣體狀態(tài)方程式pV=mRT表明，在密封容器內(nèi)充以氣體，就構(gòu)成充氣體的壓力溫度計(jì)。 三、充蒸汽的壓力溫度計(jì): :充蒸汽的壓力溫度計(jì)是根據(jù)低

3、沸點(diǎn)液體的飽和蒸氣壓只和氣液分界面的溫度有關(guān)這一原理制成。第7頁(yè)/共47頁(yè)2.3 電阻式溫度傳感器2.3.1 熱電阻傳感器 測(cè)溫基礎(chǔ)：多數(shù)金屬的電阻率隨溫度升高而增大，具有正的溫度系數(shù)。 特點(diǎn): 精度高，適宜于測(cè)低溫。 對(duì)金屬材料要求：電阻溫度系數(shù)大，電阻率大，熱容量小；在測(cè)溫范圍內(nèi)有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)；電阻與溫度的關(guān)系最好近似于線性，或?yàn)槠交那€；容易加工，復(fù)制性好，價(jià)格便宜。 熱電阻溫度傳感器熱電阻溫度傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻率隨是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻率隨溫度的變化而變化的原理制成的，可將溫度的變化轉(zhuǎn)化溫度的變化而變化的原理制成的，可將溫度的變化轉(zhuǎn)化為電阻的變化。由金屬（鉑、銅

4、、鎳等）材料制成的稱為電阻的變化。由金屬（鉑、銅、鎳等）材料制成的稱為為熱電阻熱電阻；由半導(dǎo)體材料制成的稱為；由半導(dǎo)體材料制成的稱為熱敏電阻熱敏電阻。第8頁(yè)/共47頁(yè)一、 鉑電阻 精度高，穩(wěn)定性好，性能可靠。主要用作標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì)，也常用于工業(yè)測(cè)量。鉑電阻的優(yōu)缺點(diǎn)？ 0850： -2000 ： 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：50/100/1000；Pt50/Pt100/Pt1000 分度表及其應(yīng)用)BA1 (20tttRR)100C(BA1 320ttttRR391. 10100RR第9頁(yè)/共47頁(yè)鉑電阻分度表：鉑電阻分度表： 注：手冊(cè)上溫度步長(zhǎng)為注：手冊(cè)上溫度步長(zhǎng)為1。必要時(shí)可。必要時(shí)可插值插值。后同！。后同！

5、第10頁(yè)/共47頁(yè)二、銅電阻 鉑是貴金屬，價(jià)格昂貴，因此在測(cè)溫范圍比較小(-50+150)的情況下，可采用銅制成的測(cè)溫電阻，稱銅電阻。銅電阻的優(yōu)缺點(diǎn)？ 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：50/100；Cu50/Cu100 分度表及其應(yīng)用)CBA1 (320ttttRR425. 10100RR第11頁(yè)/共47頁(yè)銅電阻分度表：分度號(hào)：Cu50， 050R 溫度溫度/ /0102030405060708090電阻電阻/050.0047.8545.7043.5541.4039.24050.0052.1445.2856.4258.5660.7062.8464.9867.1269.2610071.4073.5475.6877.8

6、379.9882.13第12頁(yè)/共47頁(yè)鉑電阻傳感器實(shí)物鉑電阻傳感器實(shí)物第13頁(yè)/共47頁(yè) 鉑電阻傳感器實(shí)物（續(xù)）鉑電阻傳感器實(shí)物（續(xù)）第14頁(yè)/共47頁(yè)耐磨、防腐熱電阻傳感器實(shí)物：第15頁(yè)/共47頁(yè)裝配式熱電阻傳感器實(shí)物：第16頁(yè)/共47頁(yè)軟導(dǎo)線式熱電阻傳感器實(shí)物：三線制三線制（熱電（熱電阻的一端引出阻的一端引出一根線，另一一根線，另一端引出兩根端引出兩根線）。見(jiàn)后！線）。見(jiàn)后！第17頁(yè)/共47頁(yè)三、鐵電阻和鎳電阻 這兩種金屬的電阻溫度系數(shù)較高、電阻率較大，故可做成體積小，靈敏度高的電阻溫度計(jì)，其缺點(diǎn)是容易氧化，化學(xué)穩(wěn)定性差，不易提純，復(fù)制性差，且電阻值與溫度的關(guān)系線性差。第18頁(yè)/共47頁(yè)

7、四種金屬電阻溫度特性比較比較比較線性和靈敏線性和靈敏度（電阻的相對(duì)度（電阻的相對(duì)變化率）！變化率）！t /第19頁(yè)/共47頁(yè)測(cè)低溫和超低溫的熱電阻: : 國(guó)際制冷學(xué)會(huì):T120K為冷凍溫區(qū); 120KT0.3K為低溫區(qū); T0.3K為超低溫區(qū)。 常壓下，液氦沸點(diǎn)4.2K，液氮沸點(diǎn)77.3K。 H. K. Onnes，1911，Hg，略低于4.2K，電阻突然消失。后來(lái)發(fā)現(xiàn)很多其他材料也有類似現(xiàn)象。 一些材料在某一低溫下電阻消失的現(xiàn)象稱為超導(dǎo)（superconducting）現(xiàn)象，相應(yīng)的溫度稱為該超導(dǎo)材料的臨界溫度Tc。 超導(dǎo)材料有重要而廣泛的用途，研究熱點(diǎn)。Tc30K，液氦條件下工作（昂貴、復(fù)雜

8、），稱為低溫超導(dǎo)材料。重點(diǎn)研究高溫超導(dǎo)材料（1986年到液氮溫區(qū)）。第20頁(yè)/共47頁(yè)測(cè)低溫和超低溫的熱電阻: :超導(dǎo)材料進(jìn)展2004年年12月，月，中國(guó)科學(xué)院中國(guó)科學(xué)院電工研究所電工研究所與甘肅長(zhǎng)通與甘肅長(zhǎng)通電纜公司等電纜公司等合作研制成合作研制成功功75m、10.5 KV1500A交流高溫超交流高溫超導(dǎo)電纜，并導(dǎo)電纜，并接入到甘肅接入到甘肅長(zhǎng)通電纜公長(zhǎng)通電纜公司司6KV配電網(wǎng)配電網(wǎng)中向車間供中向車間供電運(yùn)行。電運(yùn)行。第21頁(yè)/共47頁(yè)測(cè)低溫和超低溫的熱電阻: : 鉑電阻和銅電阻不適合測(cè)低溫和超低溫。 銦電阻銦電阻：3004.2K，4.215K靈敏度比鉑電阻高10倍。材料軟，復(fù)制性差。 錳電

9、阻錳電阻：632K，靈敏度高。材料脆，難拉絲。 碳電阻碳電阻：液氦溫區(qū)，廉價(jià)，對(duì)磁場(chǎng)不敏感。熱穩(wěn)定性差。第22頁(yè)/共47頁(yè)2.3 電阻式溫度傳感器四 、熱電阻傳感器的測(cè)量電路 1、三線制（為何采用三線制？）(條件？?jī)?yōu)點(diǎn)？)第23頁(yè)/共47頁(yè)2.3 電阻式溫度傳感器 1、三線制(條件？?jī)?yōu)點(diǎn)？)第24頁(yè)/共47頁(yè)2.3 電阻式溫度傳感器2、四線制（為何采用四線制？）(條件？?jī)?yōu)點(diǎn)？)第25頁(yè)/共47頁(yè)2.3.2 熱敏電阻傳感器 熱敏電阻是用一種半導(dǎo)體材料制成的敏感元件，其特點(diǎn)是電阻隨溫度變化而顯著變化，能直接將溫度的變化轉(zhuǎn)換為能量的變化。制造熱敏電阻的材料很多，如錳、銅、鎳、鈷和鈦等氧化物，它們按一

10、定比例混合后壓制成型，然后在高溫下焙燒而成。熱敏電阻具有靈敏度高、體積小、較穩(wěn)定、制作簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)、易于維護(hù)、動(dòng)態(tài)特性好等優(yōu)點(diǎn)，因此得到較為廣泛的應(yīng)用，尤其是應(yīng)用于遠(yuǎn)距離測(cè)量和控制中。第26頁(yè)/共47頁(yè)一、熱敏電阻的分類 正溫度系數(shù)/PTC (positive temperature coefficient)。用于彩電消磁、電器熱保護(hù)、發(fā)熱源的恒溫控制、限流等。 負(fù)溫度系數(shù)/NTC (negative temperature coefficient) 。用于測(cè)溫、溫度補(bǔ)償?shù)?。一般不能并?lián)使用！ 臨界溫度系數(shù)/CTR (critical temperature risistor) （在某一特定溫

11、度下電阻值發(fā)生突變）。用作溫度開(kāi)關(guān)。第27頁(yè)/共47頁(yè)三類熱敏電阻的特性：第28頁(yè)/共47頁(yè)P(yáng)TC、NTC系列熱敏電阻實(shí)物： 恒溫加熱 彩電消磁 電機(jī)延時(shí)啟動(dòng) 超大功率型 NTC第29頁(yè)/共47頁(yè)二、熱敏電阻的主要參數(shù)三、熱敏電阻的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高（溫度系數(shù)較熱電阻的大得多）、體積小、熱貫性小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、化學(xué)穩(wěn)定性好、機(jī)械性能強(qiáng)、價(jià)格低廉、壽命長(zhǎng)。 缺點(diǎn)：復(fù)現(xiàn)性和互換性差、非線性嚴(yán)重、測(cè)溫范圍較窄、目前只能達(dá)到-50300。四、熱敏電阻特性線性化 串聯(lián)補(bǔ)償電阻 并聯(lián)補(bǔ)償電阻 它線性化電路第30頁(yè)/共47頁(yè)第31頁(yè)/共47頁(yè) 五、熱敏電阻的應(yīng)用1、溫度測(cè)量（點(diǎn)溫計(jì)，體溫表）2、溫度補(bǔ)償3、溫

12、度控制（舉例）4、過(guò)熱保護(hù) 第32頁(yè)/共47頁(yè) 點(diǎn)溫計(jì)： 利用熱敏電阻對(duì)溫度變化的高度敏感性能，可以制成測(cè)量點(diǎn)溫、反應(yīng)迅速的點(diǎn)溫計(jì)。點(diǎn)溫計(jì)不僅可以用來(lái)測(cè)量一般的氣體、液體或固體的溫度，而且還適宜于測(cè)量微小物體或物體局部的溫度。例如，測(cè)量運(yùn)行中電機(jī)軸承的溫度、晶體管外管的溫升、植物葉片溫度、人體內(nèi)血液的溫度等。 S1、S2均為同軸聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)， S1選擇“斷開(kāi)、校準(zhǔn)、測(cè)量”， S2選擇“量程”。R5、R6、RW作用？體溫表：（動(dòng)畫）第33頁(yè)/共47頁(yè) 溫控電路：溫控電路： Rt220V被控溫度可調(diào)。被控溫度可調(diào)。大功率加熱用晶閘管（可控硅）或三相加熱。大功率加熱用晶閘管（可控硅）或三相加熱。在實(shí)踐中

13、，若精度要求不高，為降低成本、減小體積及在實(shí)踐中，若精度要求不高，為降低成本、減小體積及減輕重量，常采用減輕重量，常采用簡(jiǎn)易直流電源簡(jiǎn)易直流電源! !簡(jiǎn)易直流電源的具體簡(jiǎn)易直流電源的具體形式可根據(jù)需要而定。形式可根據(jù)需要而定。第34頁(yè)/共47頁(yè)2.4 熱電偶傳感器 熱電偶作為敏感元件的主要優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：其主體實(shí)際上是由兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體互相絕緣并將一端焊接在一起而成的。有較高的準(zhǔn)確度 。測(cè)量范圍寬：常用的熱電偶可測(cè)-501600；用特殊材料的熱電極，可測(cè)-1802800。有良好的敏感度。使用方便。第35頁(yè)/共47頁(yè)熱電效應(yīng)熱電偶基本定律熱電偶材料及常用熱電偶熱電偶冷端溫度補(bǔ)償熱電偶測(cè)

14、溫電路 第36頁(yè)/共47頁(yè)2.4.1 熱電效應(yīng) 如圖，由如圖，由兩段兩段不同不同的的勻質(zhì)勻質(zhì)導(dǎo)體導(dǎo)體A、B組組合，能將溫度合，能將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電勢(shì)（或電流）信號(hào)的溫度傳感器稱為信號(hào)轉(zhuǎn)換成電勢(shì)（或電流）信號(hào)的溫度傳感器稱為熱電熱電偶偶。熱電偶測(cè)溫原理是。熱電偶測(cè)溫原理是熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)。 熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)也稱為塞貝克效應(yīng)。也稱為塞貝克效應(yīng)。熱電勢(shì)熱電勢(shì)也稱為溫差電也稱為溫差電勢(shì)或塞貝克電勢(shì)?；芈分挟a(chǎn)生的電流稱為勢(shì)或塞貝克電勢(shì)?；芈分挟a(chǎn)生的電流稱為熱電流熱電流。導(dǎo)體。導(dǎo)體A、B稱為稱為熱電極熱電極。測(cè)溫時(shí)，結(jié)點(diǎn)。測(cè)溫時(shí)，結(jié)點(diǎn)1置于測(cè)溫點(diǎn)，稱為置于測(cè)溫點(diǎn)，稱為測(cè)測(cè)量端量端( (工作端工作端、熱端熱

15、端) )；結(jié)點(diǎn)；結(jié)點(diǎn)2通常保持某一恒定溫度，通常保持某一恒定溫度，稱為稱為參考端參考端( (自由端自由端、冷端冷端) )。 第37頁(yè)/共47頁(yè)兩種導(dǎo)體的接觸電勢(shì)：測(cè)量端結(jié)點(diǎn)的接觸電勢(shì)為 式中 k波爾茲曼常數(shù)，1.38010-23JK-1 T 接觸處的絕對(duì)溫度 e 電子電荷數(shù)，1.60210-19C NA、NB 熱電極A、B的自由電子密度BAABln)(NNekTTE 第38頁(yè)/共47頁(yè)參考端結(jié)點(diǎn)的接觸電勢(shì)為 熱電偶中的接觸電勢(shì)為二者的代數(shù)和，即 BA00ABln)(NNekTTEBA00ABABln)()()(NNTTekTETE 第39頁(yè)/共47頁(yè)單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)：熱電極A的溫差電勢(shì)為 式

16、中 A熱電極A的湯姆遜系數(shù)。同理，可得熱電極B的溫差電勢(shì)。熱電偶中的溫差電勢(shì)為二者的代數(shù)和，即 TTTTTE0d),(A0ATTTETTd)(),(0BA0AB 第40頁(yè)/共47頁(yè) 熱電偶的熱電勢(shì)為接觸電勢(shì)與溫差電勢(shì)之和（后者相對(duì)較?。?，即 若兩熱電極材料相同，即使兩結(jié)點(diǎn)溫度不同( (TT0) )，熱電勢(shì)也為零。所以，兩個(gè)熱電極必須選用不同材料。若兩結(jié)點(diǎn)溫度相同，則熱電勢(shì)也為零。熱電勢(shì)的大小只與熱電極材料性質(zhì)和結(jié)點(diǎn)溫度有關(guān)，與熱電極的尺寸、形狀及沿?zé)犭姌O溫度分布無(wú)關(guān)。注意：若熱電極不是勻質(zhì)的，則沿?zé)犭姌O的溫度梯度會(huì)引起附加電勢(shì)。給定熱電偶， ，測(cè)溫原理？ TNNTTekTTETTd)(ln)(

17、),(0BABA00ABTTTTTE)(),(00AB第41頁(yè)/共47頁(yè)2.4.2 熱電偶的基本定律中間導(dǎo)體定律標(biāo)準(zhǔn)電極定律連接導(dǎo)體定律中間溫度定律第42頁(yè)/共47頁(yè) 中間導(dǎo)體定律: 在熱電偶回路中，只要中間導(dǎo)體兩端的溫度相同，那么接入中間導(dǎo)體后，對(duì)熱電偶回路的熱電勢(shì)無(wú)影響，即 EABC(T,T0)=EAB(T,T0) 可接入儀表、降低焊接要求！可接入儀表、降低焊接要求！第43頁(yè)/共47頁(yè) 標(biāo)準(zhǔn)電極定律: 如果將導(dǎo)體C( (熱電極，一般為純鉑絲) )作為標(biāo)準(zhǔn)電極( (也稱參考電極) )，并已知標(biāo)準(zhǔn)電極與任意導(dǎo)體配對(duì)時(shí)的熱電勢(shì)，則在相同結(jié)點(diǎn)溫度( (T，T0) )下，任意兩導(dǎo)體A、B組成的熱電偶，其熱電勢(shì)可由下式求得：EAB(T,T0)=EAC(T,T0)-EBC(T,T0)可簡(jiǎn)化熱電偶的可簡(jiǎn)化熱電偶的選配！選配！第44頁(yè)/共47頁(yè) 連接導(dǎo)體定律: 在熱電偶回路中，如果熱電極A、B分別與連接導(dǎo)線A、B相連接，結(jié)點(diǎn)溫度分別為T、Tn、T0 ，那么回路的熱電勢(shì)將等于熱電偶的熱電勢(shì)EAB(T,Tn ) 與連接導(dǎo)線A、B在溫度Tn、T0 時(shí)熱電勢(shì) EAB (T,Tn ) 的代數(shù)和，即 EABBA (T,Tn,T0)=EAB(T,Tn)+EAB (Tn,T0)