傳感器溫度測量

1、模擬圖：模擬圖：在一個密閉的空在一個密閉的空間里，氣體分子在高溫時間里，氣體分子在高溫時的運(yùn)動速度比低溫時快！的運(yùn)動速度比低溫時快！溫度越高，表示物體內(nèi)溫度越高，表示物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動越劇烈。部分子熱運(yùn)動越劇烈。l 攝氏溫標(biāo)（攝氏溫標(biāo)（ ） Centigrade Temperature Scalel 華氏溫標(biāo)（華氏溫標(biāo)（ ） Fahrenheit Temperature Scalel熱力學(xué)溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo) （K）Temperature Scalel 國際溫標(biāo)國際溫標(biāo) International Temperature Scale 5(32)9CFQ1：卡諾熱機(jī)從高溫?zé)嵩次諢崃?；Q0：卡諾熱機(jī)向

2、低溫?zé)嵩捶懦鰺崃縌1/Q0 =T1/T0 假設(shè)一卡諾熱機(jī)工作在溫度為T0 （273.16K）的低溫?zé)嵩春臀粗獪囟鹊母邷責(zé)嵩粗g，如果該卡諾熱機(jī)向低溫?zé)嵩捶懦龅臒崃繛镼0 ，從高溫?zé)嵩次盏臒崃繛镼1 ，那么高溫?zé)嵩吹臏囟葹門1 = Q1/Q0 T0T0T1卡諾熱機(jī)Q0Q10011T/Q Q T熱力學(xué)溫度的熱力學(xué)溫度的內(nèi)插方程內(nèi)插方程 假設(shè)一標(biāo)準(zhǔn)熱源熱力學(xué)溫度為假設(shè)一標(biāo)準(zhǔn)熱源熱力學(xué)溫度為100K，熱，熱力學(xué)溫標(biāo)如何規(guī)定力學(xué)溫標(biāo)如何規(guī)定300K的溫度？的溫度？拿標(biāo)準(zhǔn)熱源作為低溫?zé)嵩?，另一熱源作拿?biāo)準(zhǔn)熱源作為低溫?zé)嵩?，另一熱源作為高溫?zé)嵩?，讓一卡諾熱機(jī)在兩熱源之為高溫?zé)嵩?，讓一卡諾熱機(jī)在兩熱源之間運(yùn)

3、轉(zhuǎn)，如果從高溫?zé)嵩次盏臒崃块g運(yùn)轉(zhuǎn)，如果從高溫?zé)嵩次盏臒崃縌1與向標(biāo)準(zhǔn)熱源放出的熱量與向標(biāo)準(zhǔn)熱源放出的熱量Q0之比等于之比等于3 ，那么高溫?zé)嵩礈囟鹊扔谀敲锤邷責(zé)嵩礈囟鹊扔?00K恒量TPVv以水的三相點(diǎn)作為參考點(diǎn)，這樣可按照氣以水的三相點(diǎn)作為參考點(diǎn)，這樣可按照氣體壓力變化測溫。體壓力變化測溫。16.273參PTP（氣體定容溫度計）（氣體定容溫度計）v選用水的三相點(diǎn)溫度為選用水的三相點(diǎn)溫度為273.16，定義水，定義水的三相點(diǎn)溫度的的三相點(diǎn)溫度的1/273.16為為1度，單位為度，單位為k，這樣就建立了熱力學(xué)溫標(biāo)。只要確定這樣就建立了熱力學(xué)溫標(biāo)。只要確定一個基準(zhǔn)點(diǎn)，則整個溫標(biāo)就確定了。一個基

4、準(zhǔn)點(diǎn)，則整個溫標(biāo)就確定了。15.2739090 Tt玻璃管液體溫度計 固體膨脹式 壓力式溫度計膨脹式溫度計測溫?zé)犭娕紲y溫?zé)犭娮铚y溫接觸法非接觸法測溫方法溫度測量方法的分類溫度測量方法的分類l2非接觸法測溫非接觸法測溫：檢測部分與被測對象不直接：檢測部分與被測對象不直接接觸，不破壞原有溫度場。通常用來測量接觸，不破壞原有溫度場。通常用來測量1000以上的移動、旋轉(zhuǎn)、或反映迅速的高溫物體。以上的移動、旋轉(zhuǎn)、或反映迅速的高溫物體。（一）溫度測量方法的分類（一）溫度測量方法的分類溫度傳感器溫度傳感器裝配式熱電偶裝配式熱電偶防爆防爆熱電熱電阻阻測溫敏感元件在受熱后尺寸或體積發(fā)生變測溫敏感元件在受熱后尺寸

5、或體積發(fā)生變化，采取一些簡便方法，測出它的尺寸或化，采取一些簡便方法，測出它的尺寸或體積變化的大小。體積變化的大小。分類：分類：液體膨脹式、固體膨脹式、壓力式液體膨脹式、固體膨脹式、壓力式（1）玻璃管液體溫度計4利用水銀的熱脹冷縮和利用水銀的熱脹冷縮和水銀的導(dǎo)電性。水銀的導(dǎo)電性。功能功能: : 指示溫度指示溫度; ; 恒溫自動控制。恒溫自動控制。 玻璃棒溫度計玻璃棒溫度計)(attnt某水銀溫度測量水溫為某水銀溫度測量水溫為90，插入處刻，插入處刻度為度為10，環(huán)境溫度為，環(huán)境溫度為10 ，則測量誤，則測量誤差為差為-1.024n: 露出液體部分所占的刻度數(shù)，露出液體部分所占的刻度數(shù)， : 工

6、作液體工作液體對玻璃的相對體膨脹系數(shù)（汞對玻璃的相對體膨脹系數(shù)（汞0.00016，灑精，灑精0.000103），），t: 溫度計的示值，溫度計的示值，ta: 露出液柱露出液柱部分所處的環(huán)境溫度部分所處的環(huán)境溫度l可作溫度繼電控制、可作溫度繼電控制、極值溫度控制信號極值溫度控制信號固定端自由端BBAA雙金屬溫度計雙金屬溫度計氣體的體積與氣體的體積與熱力學(xué)溫度成熱力學(xué)溫度成正比正比3 組成組成 溫包、毛細(xì)管、感壓元溫包、毛細(xì)管、感壓元件（彈簧管、波紋管等）件（彈簧管、波紋管等）4 4 示溫涂料（變色涂料）示溫涂料（變色涂料）裝滿熱水后圖案裝滿熱水后圖案變得清晰可辨變得清晰可辨CPU散熱風(fēng)扇散熱風(fēng)扇

7、低溫時顯示低溫時顯示藍(lán)色藍(lán)色溫度升高后變?yōu)榧t色溫度升高后變?yōu)榧t色冷端溫度補(bǔ)償問題冷端溫度補(bǔ)償問題熱電偶的校驗(yàn)熱電偶的校驗(yàn)熱電偶的基本定律熱電偶的基本定律熱電偶由兩根熱電偶由兩根不同材料的導(dǎo)體不同材料的導(dǎo)體焊接或絞接而成。焊接或絞接而成。ABABl熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)T0T1塞貝克效應(yīng)示意圖塞貝克效應(yīng)示意圖熱電極熱電極A/B 熱端熱端（工作端）（工作端）（測量端）（測量端）熱電流熱電流ABE E AB( ( T T ) )帕爾帖電勢帕爾帖電勢BTATABNNekTTEln)(湯姆遜電勢湯姆遜電勢001(,)()TTkE T Td N TeN T A T A T0EA(T,T0)熱電偶的熱電勢（賽貝克

8、電勢）熱電偶的熱電勢（賽貝克電勢）)()(),(00tetettEBAABAB),(),()()(),(0000TTETTETETETTEBAABABAB)()(),(00tetettEABABAB或或)()(),(00tftfttEAB)()(),(0tCtfttEAB則測得熱電勢的大小，就可求得熱端溫度則測得熱電勢的大小，就可求得熱端溫度t的數(shù)值的數(shù)值材料內(nèi)部電子密度處處材料內(nèi)部電子密度處處相等的導(dǎo)體相等的導(dǎo)體00( , )( , )ABCABEt tEt t)()()(),(000tetetettECABCABABC根據(jù)中間導(dǎo)體定律，根據(jù)中間導(dǎo)體定律，當(dāng)溫度當(dāng)溫度t = t0時，回路中總

9、熱電勢為零。時，回路中總熱電勢為零。 )()()(000teteteABCABC),()()(),(000ttEtetettEABABABABC 00000( , )( )( )( )0ABCABBCCAEt tetetet 為測量儀表接入熱電偶為測量儀表接入熱電偶A A、B B回路，回路， 開路熱電偶的使用（金屬壁面、液態(tài)金屬）開路熱電偶的使用（金屬壁面、液態(tài)金屬）中間導(dǎo)體定律的應(yīng)用一：中間導(dǎo)體定律的應(yīng)用一：中間導(dǎo)體定律推論二中間導(dǎo)體定律推論二簡化了簡化了熱電偶的選配熱電偶的選配工作。工作。),(),(),(212121ttEttEttECBACAB中間導(dǎo)體定律的應(yīng)用二：中間導(dǎo)體定律的應(yīng)用二

10、：比較查出的比較查出的3 3個個熱電勢，判斷熱熱電勢，判斷熱電勢電勢與溫度的關(guān)與溫度的關(guān)系系是否為是否為線性？線性？EAB(t，t0) EAB(t，t0) EAB(t0，t0) EAB(t，t0) ECD(t0，t0)AB屏蔽層屏蔽層保護(hù)層保護(hù)層3種熱電偶的測溫范圍與熱電勢各有什么特點(diǎn)？種熱電偶的測溫范圍與熱電勢各有什么特點(diǎn)？1-熱電極熱電極; 2-絕緣管絕緣管; 3-保護(hù)套管保護(hù)套管; 4-接線盒接線盒 引出線套管引出線套管 固定螺紋固定螺紋 （出廠時用塑料包裹）（出廠時用塑料包裹）熱電偶工作端（熱端）熱電偶工作端（熱端） 不銹鋼不銹鋼保護(hù)管保護(hù)管 a點(diǎn)焊；點(diǎn)焊；b對焊；對焊；c絞狀點(diǎn)焊絞狀

11、點(diǎn)焊a：無固定裝置：無固定裝置b：帶加強(qiáng)管且無固定裝置：帶加強(qiáng)管且無固定裝置c：固定螺紋：固定螺紋d：固定法蘭：固定法蘭e：活動法蘭：活動法蘭f：高壓用錐形固定螺紋：高壓用錐形固定螺紋g：高壓焊接固定錐形：高壓焊接固定錐形h：900套管套管安裝螺紋安裝螺紋安裝法蘭安裝法蘭厚壁保護(hù)管厚壁保護(hù)管壓鑄的接線盒壓鑄的接線盒l(wèi)是由是由熱電極熱電極、絕緣材料絕緣材料和和金屬套管金屬套管三者組合三者組合 經(jīng)拉伸加工而成的堅實(shí)經(jīng)拉伸加工而成的堅實(shí)組合體。組合體。鎧裝型熱電偶可鎧裝型熱電偶可 長達(dá)上百米長達(dá)上百米BA絕緣絕緣材料材料鎧裝型熱電偶鎧裝型熱電偶橫截面橫截面鐵鎳薄膜熱電偶鐵鎳薄膜熱電偶1：熱端接點(diǎn)；：

12、熱端接點(diǎn)；2：襯架；：襯架；3：鐵膜；：鐵膜；4：鎳膜；：鎳膜；5：鐵絲；：鐵絲；6：鎳絲；：鎳絲；7：接頭夾具：接頭夾具 制作：制作：用真空蒸鍍等方法用真空蒸鍍等方法使兩種熱電極材料使兩種熱電極材料(金屬金屬)蒸鍍到絕緣基板上，二者蒸鍍到絕緣基板上，二者牢固地結(jié)合在一起，形成牢固地結(jié)合在一起，形成薄膜狀熱接點(diǎn)。薄膜狀熱接點(diǎn)。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 動態(tài)響應(yīng)快，精確度高動態(tài)響應(yīng)快，精確度高可以用來測變化極快的可以用來測變化極快的表面溫度和點(diǎn)的溫度；表面溫度和點(diǎn)的溫度；五、熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償問題 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 實(shí)現(xiàn)方便、實(shí)現(xiàn)方便、測量準(zhǔn)確；但只測量準(zhǔn)確；但只局局限于實(shí)驗(yàn)室限于實(shí)驗(yàn)室，不利，不利于在線測

13、量。于在線測量。39.7056 39.314(960 950) 950959.939.708 39.314t指針被預(yù)調(diào)到室溫（指針被預(yù)調(diào)到室溫（40 C ） 可補(bǔ)償冷端損失可補(bǔ)償冷端損失當(dāng)輸入信號為零時，指針?biāo)傅奈恢卯?dāng)輸入信號為零時，指針?biāo)傅奈恢?將儀表的將儀表的機(jī)械零點(diǎn)機(jī)械零點(diǎn)調(diào)至熱電偶調(diào)至熱電偶冷端溫度冷端溫度t0處處例題：例題：例題：例題：課外作業(yè)1 用分度號為用分度號為K的熱電偶和動圈式儀表組成的熱電偶和動圈式儀表組成測溫回路，把動圈式儀表的機(jī)械零位調(diào)到測溫回路，把動圈式儀表的機(jī)械零位調(diào)到20 ，但熱電偶的參比端溫度，但熱電偶的參比端溫度t0=55 ， 試求出儀表示值為試求出儀表示

14、值為425 時的被測溫度。時的被測溫度。課外作業(yè)2有有K分度熱電偶、補(bǔ)償導(dǎo)線、冷端溫度補(bǔ)償器及動圈表測溫系統(tǒng)分度熱電偶、補(bǔ)償導(dǎo)線、冷端溫度補(bǔ)償器及動圈表測溫系統(tǒng)如圖所示，不計線路電阻，如圖所示，不計線路電阻，tn為儀表環(huán)境溫度，分別試求：為儀表環(huán)境溫度，分別試求：（1）為使儀表指示在）為使儀表指示在1000，儀表機(jī)械零位，儀表機(jī)械零位tm應(yīng)調(diào)整在多少應(yīng)調(diào)整在多少？（2）若）若4V電源電壓失去，儀表指示在多少電源電壓失去，儀表指示在多少？（3）若）若4V電源電壓正、負(fù)極性接錯，儀表指示在多少電源電壓正、負(fù)極性接錯，儀表指示在多少？ 熱電偶的校驗(yàn)常用熱電阻種類常用熱電阻種類熱電阻的結(jié)構(gòu)熱電阻的結(jié)構(gòu)

15、半導(dǎo)體熱敏電阻半導(dǎo)體熱敏電阻熱電阻測溫原理熱電阻測溫原理 溫度升高，金屬內(nèi)部原子晶格的振動加劇，溫度升高，金屬內(nèi)部原子晶格的振動加劇，從而使金屬內(nèi)部的自由電子通過金屬導(dǎo)體時的從而使金屬內(nèi)部的自由電子通過金屬導(dǎo)體時的阻礙增大，宏觀上表現(xiàn)出電阻率變大，電阻值阻礙增大，宏觀上表現(xiàn)出電阻率變大，電阻值增加。增加。00001()ttttRRRRttRt2301(100)tRRAtBtCt t20(1)tRRAtBt230(1)tRRAtBtCt銅熱電阻銅熱電阻R4R3dcR0R2ERtdab平衡狀態(tài)下：平衡狀態(tài)下：IA RA-IBRB0ItRt-IDRD 0IA IB It IDDBAtRRRR電橋安裝

16、在儀表室內(nèi)的，而熱電阻電橋安裝在儀表室內(nèi)的，而熱電阻Rt安安裝在被測對象中，距儀表室有一定的距裝在被測對象中，距儀表室有一定的距離，由于兩根導(dǎo)線電阻離，由于兩根導(dǎo)線電阻Ra及及Rb在一個橋在一個橋臂內(nèi)，銅導(dǎo)線電阻受溫度影響較大，在臂內(nèi)，銅導(dǎo)線電阻受溫度影響較大，在熱電阻沒有任何變化時，導(dǎo)線電阻變化熱電阻沒有任何變化時，導(dǎo)線電阻變化會使得平衡電阻會使得平衡電阻RD相應(yīng)移動，標(biāo)尺上的相應(yīng)移動，標(biāo)尺上的讀數(shù)改變。讀數(shù)改變。移動滑線電阻移動滑線電阻RD，檢流計，檢流計指針指零，表示電橋平衡指針指零，表示電橋平衡由于由于RARB一定，故移動一定，故移動RD的電阻值的電阻值不斷平衡，可通過不斷平衡，可通過

17、RD電阻刻度或溫度電阻刻度或溫度刻度讀取溫度變化?？潭茸x取溫度變化。二線制連接法（惠斯登電橋）二線制連接法（惠斯登電橋）平衡狀態(tài)下，考慮平衡狀態(tài)下，考慮Ra、 Rc和和RbRt+ Rc （RA+ Ra）RD/RB注意：平衡時注意：平衡時Ib 0cBDaAtRRRRRR導(dǎo)線電阻導(dǎo)線電阻Ra及及Rb分別在相鄰橋臂分別在相鄰橋臂RA及及RD中，另一導(dǎo)線電阻接到導(dǎo)線的輸出端。如中，另一導(dǎo)線電阻接到導(dǎo)線的輸出端。如果果RARD，則環(huán)境溫度變化及電阻自身，則環(huán)境溫度變化及電阻自身發(fā)熱引起導(dǎo)線電阻發(fā)熱引起導(dǎo)線電阻Ra及及Rb的變化基本相等，的變化基本相等，對電橋平衡影響極小。對電橋平衡影響極小。三線制連接法

18、（卡侖達(dá)爾電橋）三線制連接法（卡侖達(dá)爾電橋）熱敏熱電阻溫度特性00/B TTRAe/B TTRAe T為熱力學(xué)溫度；為熱力學(xué)溫度；e2.71828；A、B為常數(shù)。為常數(shù)。0011/()BTTTTRR e兩式整理得兩式整理得:/B TTRAe22TBRTBeAdTdReARTTBTTBTa：珠形熱敏電阻；：珠形熱敏電阻；b：涂敷玻璃的熱敏電阻：涂敷玻璃的熱敏電阻1：電阻（金屬氧化物燒結(jié)體）；：電阻（金屬氧化物燒結(jié)體）；2：引出線（鉑絲）；：引出線（鉑絲）；3：玻璃；：玻璃；4：杜美絲：杜美絲c: 帶玻璃保護(hù)套管的熱敏電阻帶玻璃保護(hù)套管的熱敏電阻1：金屬氧化物燒結(jié)體；：金屬氧化物燒結(jié)體；2：鉑絲；

19、：鉑絲；5：玻璃管：玻璃管a a）圓片型熱敏電阻）圓片型熱敏電阻 b b）柱型熱敏電阻）柱型熱敏電阻 c c）珠型熱敏電阻）珠型熱敏電阻 d d）鎧裝型）鎧裝型 e e）厚膜型）厚膜型 f f）圖形符號）圖形符號1 1熱敏電阻熱敏電阻 2 2玻璃外殼玻璃外殼 3 3引出線引出線 4 4紫銅外殼紫銅外殼 5 5傳熱安裝孔傳熱安裝孔 聚脂塑料封裝聚脂塑料封裝熱敏電阻熱敏電阻MF58 型熱敏電阻型熱敏電阻帶安裝孔的熱敏電阻帶安裝孔的熱敏電阻大功率大功率PTC熱敏電阻熱敏電阻MF5A-3型熱敏電阻型熱敏電阻（參考深圳科蓬達(dá)電子有限公司資料）（參考深圳科蓬達(dá)電子有限公司資料）LCD主講教師：主講教師：朱

20、紅霞朱紅霞Email： 輻射測溫基本原理輻射測溫基本原理 單色輻射高溫計單色輻射高溫計 比色高溫計比色高溫計全輻射高溫計全輻射高溫計 l 通常用來測量高于通常用來測量高于700的溫度。的溫度。l 輻射式測溫儀表分類：輻射式測溫儀表分類： 普朗克定律普朗克定律 光學(xué)、光電、比色高溫計光學(xué)、光電、比色高溫計 和紅外測溫儀和紅外測溫儀 全輻射定律全輻射定律 全輻射高溫計全輻射高溫計l 輻射測溫過程：輻射測溫過程： 熱輻射源熱輻射源（被測介質(zhì)）（被測介質(zhì)） 傳輸通道傳輸通道（空氣、真空、光纖）（空氣、真空、光纖） 熱輻射接收和處理裝置熱輻射接收和處理裝置151) 1(2TcoeCM一種在任何溫度下對投

21、射到其上的任何一種在任何溫度下對投射到其上的任何波長的熱輻射均能全部吸收的物體波長的熱輻射均能全部吸收的物體 單位表面積、單位時間內(nèi)單位表面積、單位時間內(nèi)所輻射的能量所輻射的能量 TcoeCM251 單色輻射（光學(xué)、光電）高溫計單色輻射（光學(xué)、光電）高溫計 的理論依據(jù)的理論依據(jù)000dMM25110(1)CTCed40T 全色輻射高溫計的理論依據(jù)全色輻射高溫計的理論依據(jù)0MM（同一（同一 T、下）下）0MM0MM（2）實(shí)際物體的發(fā)射率）實(shí)際物體的發(fā)射率：0MM（同一（同一 T 下）下）)(512TCeCCCML1-物鏡物鏡(接受熱源接受熱源); 2-吸收玻璃吸收玻璃; 3-高溫計標(biāo)準(zhǔn)燈高溫計標(biāo)準(zhǔn)燈; 4-目鏡目鏡; 5-紅色濾光片紅色濾光片; 6-測量電表測量電表; 7-滑線電阻滑線電阻 WGG2型光學(xué)高溫計型光學(xué)高溫計 可用于冶金、化工和機(jī)可用于冶金、化工和機(jī)械等工業(yè)生產(chǎn)過程中，械