溫度檢測系統(tǒng)課件

1、溫度是表征物體冷熱程度的物理量，為了定量地描述溫度的高低，必須建立溫度標(biāo)尺，即溫標(biāo)。溫標(biāo)就是溫度的數(shù)值表示。各種溫度計(jì)和溫度傳感器的溫度數(shù)值均由溫標(biāo)確定。歷史上提出過多種溫標(biāo)，如早期的經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)（攝氏溫標(biāo)和華氏溫標(biāo)）、理論上的熱力學(xué)溫標(biāo)和當(dāng)前世界通用的國際溫標(biāo)。 熱力學(xué)溫標(biāo)確定的溫度數(shù)值為熱力學(xué)溫度(符號為T)，單位為開爾文(符號為K) 。溫度檢測系統(tǒng)溫度檢測一般采用熱電式傳感器。熱電式傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置。它利用傳感元件的電磁參數(shù)隨溫度變化的特性來達(dá)到檢測的目的。例如，將溫度轉(zhuǎn)化為電阻、磁導(dǎo)或電動(dòng)勢等的變化，通過適當(dāng)?shù)臋z測電路，就可由這些電參數(shù)的變化來表達(dá)所測溫度的變化。

2、溫度檢測系統(tǒng)通過熟悉熱電阻式傳感器的使用，了解溫度檢測的一般原理和使用條件，掌握溫度傳感器的一般分類、原理和使用方法。任務(wù) 認(rèn)識溫度傳感器知識目標(biāo)通過實(shí)踐操作和訓(xùn)練理解，初步認(rèn)識熱電阻式傳感器及其檢測適應(yīng)性，了解工業(yè)中常用的各種溫度傳感器使用方法和一般規(guī)程。技能目標(biāo)任務(wù) 認(rèn)識溫度傳感器熱電阻是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化而變化的特性檢測溫度的。目前應(yīng)用得較多的熱電阻材料有鉑和銅等。一、熱電阻式溫度傳感器任務(wù) 認(rèn)識溫度傳感器1.鉑電阻由于鉑電阻物理、化學(xué)性質(zhì)在高溫和氧化性介質(zhì)中很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測溫元件和作為溫度標(biāo)準(zhǔn)。按國際溫標(biāo)ITS-90規(guī)定，在-259.34 630.74 溫域內(nèi)，以鉑電阻溫度

3、計(jì)作基準(zhǔn)器。鉑電阻與溫度的關(guān)系，在0 630.74 以內(nèi)為式中，Rt為溫度為t時(shí)的電阻()；R0為溫度為0 時(shí)的電阻()；t為溫度()。任務(wù) 認(rèn)識溫度傳感器在-190 0 以內(nèi)為式中，A、B、C為分度系數(shù)(1/)。由以上兩式可知，要確定電阻Rt與溫度t的關(guān)系，首先要確定R0的數(shù)值，R0不同時(shí)，Rt與t的關(guān)系不同。在工業(yè)上將相應(yīng)于R0=50 和100 的Rt-t關(guān)系制成分度表，稱為熱電阻分度表，表6-1為PT100型鉑熱電阻分度持性表，可供使用者查閱。任務(wù) 認(rèn)識溫度傳感器工業(yè)用鉑熱電阻體的結(jié)構(gòu)如圖6-1所示，一般由直徑為0.030.07 mm 的純鉑絲繞在平板形支架上，用銀導(dǎo)線作引出線。任務(wù) 認(rèn)

4、識溫度傳感器2銅電阻在檢測精度不太高、測溫范圍不大的情況下，可以采用銅電阻來代表鉑電阻，這樣可以降低成本，同時(shí)也能達(dá)到精度要求。在-50 150 的溫度范圍內(nèi)，銅電阻與溫度呈線性關(guān)系，可用式子表示為式中，為銅電阻溫度系數(shù)，其值為4.25 10-34.28 10-3 -1。任務(wù) 認(rèn)識溫度傳感器銅熱電阻體的結(jié)構(gòu)如圖6-2所示。通常用直徑為0.1 mm 的漆包線或絲包線雙線繞制，而后浸以酚醛樹脂成為一個(gè)銅電阻體，再用鍍銀銅線作引出線，穿過絕緣套管便制作成銅電阻。同鉑熱電阻一樣，我國以R0值在100 或50 條件下，制成相應(yīng)分度表作為標(biāo)準(zhǔn)，供使用者查閱。任務(wù) 認(rèn)識溫度傳感器銦電阻用99.999%高純度

5、的銦絲繞成電阻，可在室溫至4.2 K溫度范圍內(nèi)使用。試驗(yàn)證明，在4.2 K15 K 溫度范圍內(nèi)，銦電阻靈敏度比鉑電阻高10倍。其缺點(diǎn)是材料軟，復(fù)制性差。錳電阻在2 K63 K溫度范圍內(nèi)，電阻隨溫度變化大，靈敏度高，缺點(diǎn)是材料脆，難拉成絲。碳電阻適合于液氦溫域的溫度檢測，價(jià)廉，對磁場不敏感，但熱穩(wěn)定性較差。任務(wù) 認(rèn)識溫度傳感器熱電效應(yīng)及熱電偶將兩種不同成分的導(dǎo)體組成一個(gè)閉合回路，如圖6-5所示，當(dāng)閉合回路的兩個(gè)接點(diǎn)分別置于不同的溫度場中，回路中產(chǎn)生一個(gè)方向和大小與導(dǎo)體的材料及兩接點(diǎn)的溫度有關(guān)的電動(dòng)勢，這種效應(yīng)稱為熱電效應(yīng)。二、熱電偶式溫度傳感器任務(wù) 認(rèn)識溫度傳感器熱電偶的熱電動(dòng)勢由兩部分組成任務(wù)

6、 認(rèn)識溫度傳感器一部分是兩種導(dǎo)體的接觸電動(dòng)勢另一部分是單一導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢常用的熱電偶由兩根不同的導(dǎo)線組成，它們的一端焊接在一起，為工作端（或稱為熱端）T，測溫時(shí)將它置于溫度場中；不連接的兩個(gè)稱為自由端（或稱為冷端）T0，與檢測儀表引出的導(dǎo)線相連接。當(dāng)熱端與冷端有溫差時(shí)檢測儀表便能測出被測溫度。熱電偶由溫差產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢是隨介質(zhì)溫度變化而變化的，其關(guān)系為任務(wù) 認(rèn)識溫度傳感器綜上所述，熱電動(dòng)勢的大小只與材料和接點(diǎn)溫度有關(guān)，與熱電偶的尺寸、形狀及沿電極溫度分布無關(guān)。如果冷端溫度固定，則熱電偶的熱電勢就是被測溫度的單值函數(shù)，即任務(wù) 認(rèn)識溫度傳感器作為熱電偶回路電極的金屬導(dǎo)體應(yīng)具備以下幾個(gè)特點(diǎn)任務(wù) 認(rèn)

7、識溫度傳感器（1）配對的熱電偶應(yīng)有較大的熱電動(dòng)勢，并且熱電動(dòng)勢與溫度盡可能有良好的線性關(guān)系（2）能在較寬的溫度范圍內(nèi)應(yīng)用，并且在長時(shí)間工作后，不會發(fā)生明顯的化學(xué)及物理性質(zhì)的變化。（3）溫度系數(shù)小，電導(dǎo)率高。（4）易于復(fù)制，工藝性與互換性好，便于制定統(tǒng)一的分度表，材料要有一定的韌性，焊接性能好，以利于制作。2.工業(yè)熱電偶的結(jié)構(gòu)形式按結(jié)構(gòu)形式和用途可分為任務(wù) 認(rèn)識溫度傳感器按照材料可分為任務(wù) 認(rèn)識溫度傳感器任務(wù) 認(rèn)識溫度傳感器1）普通型熱電偶其特點(diǎn)如下（1）絕緣管是為防止兩根熱電極之間以及熱電極與保護(hù)套之間短路而設(shè)置，形狀一般為圓形、橢圓形，中間開有單孔、雙孔、四孔、六孔，材料視其使用的熱電偶類型

8、而定。（2）保護(hù)套管的作用是保護(hù)熱電偶的感溫元件免受被測介質(zhì)化學(xué)腐蝕、機(jī)械損傷，避免火焰和氣流直接沖擊以及提高熱電偶的強(qiáng)度。任務(wù) 認(rèn)識溫度傳感器任務(wù) 認(rèn)識溫度傳感器2）鎧裝熱電偶鎧裝熱電偶又稱為纜式熱電偶，是由熱電極、絕緣材料（通常為電熔氧化鎂）和金屬保護(hù)管三者經(jīng)拉伸結(jié)合而成的。鎧裝熱電偶有單支（雙芯）和雙支（四芯）之分，其檢測端有碰底型、不碰底型、露頭型和帽型等幾種形式，如圖6-8所示。任務(wù) 認(rèn)識溫度傳感器任務(wù) 認(rèn)識溫度傳感器任務(wù) 認(rèn)識溫度傳感器3）薄膜熱電偶薄膜熱電偶是用真空蒸鍍的方法，把兩種熱電極材料分別沉積在絕緣基片上形成的一種快速感溫元件。采用蒸鍍工藝，熱電偶可以做得很薄，尺寸可做得

9、很小。它的特點(diǎn)是熱容量小，響應(yīng)速度快，特別適用于檢測瞬變的表面溫度和微小面積上的溫度。任務(wù) 認(rèn)識溫度傳感器3.熱電偶冷端的溫度補(bǔ)償任務(wù) 認(rèn)識溫度傳感器補(bǔ)償導(dǎo)線法冷端溫度修正法儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法補(bǔ)償電橋法0 恒溫法12345紅外線是位于可見光中紅光以外的光線，因此稱為紅外線。是一種人眼看不見的光線，任何物體，只要其溫度高于絕對零度就有紅外線向周圍空間輻射。物體的溫度越高，輻射出的紅外線越多，紅外輻射的能量就越強(qiáng)。紅外線其波長范圍在0.75m1000m 的頻譜范圍內(nèi)。三、紅外傳感器任務(wù) 認(rèn)識溫度傳感器1. 熱釋電效應(yīng)熱釋電效應(yīng)是指當(dāng)某些電介物質(zhì)的表面溫度發(fā)生變化時(shí)，在這些電介物質(zhì)的表面上就會產(chǎn)生電

10、荷的變化。用具有這種效應(yīng)的電介質(zhì)制成的元件稱為熱釋電元件。熱釋電元件常用材料有單晶、壓電陶瓷及高分子薄膜等。任務(wù) 認(rèn)識溫度傳感器2. 熱釋電紅外傳感器任務(wù) 認(rèn)識溫度傳感器熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)及內(nèi)部電路透射過來的紅外線照射在光敏元件上，那么光敏元件輸出的信號由高輸入阻抗的場效應(yīng)管(FET)放大器放大，并轉(zhuǎn)換為低輸出阻抗的輸出電壓信號。按照采用的敏感元件的不同，熱釋電紅外傳感器又分為熱敏電阻型紅外傳感器、熱電偶型紅外傳感器、光電池型紅外傳感器、光導(dǎo)纖維型紅外傳感器、光敏電阻型紅外傳感器等。任務(wù) 認(rèn)識溫度傳感器3. 量子型紅外傳感器PbS 量子型紅外光敏元件對近紅外光到3m 紅外光有較高的靈敏度，

11、可在室溫下工作。當(dāng)紅外光照射在PbS光敏元件上時(shí)，因?yàn)闀l(fā)生光電效應(yīng)，PbS 光敏元件的阻值發(fā)生變化。因電阻的變化，從而引起PbS 光敏元件兩電極間電壓的變化。因電阻的變化，從而引起PbS 光敏元件兩電極間電壓的變化。任務(wù) 認(rèn)識溫度傳感器PbS 紅外光敏元件主要是由PbS 光敏元件、電極、玻璃基極、引腳等組成。先在玻璃基極上制成金電極，然后蒸鍍PbS薄膜，再引出電極線。為了防止PbS 光敏元件被氧化，將PbS 光敏元件封入真空容器中，并用玻璃或藍(lán)寶石做光窗口。當(dāng)光照射在PbS 光敏元件上時(shí)，電極兩端產(chǎn)生光生電動(dòng)勢，此電動(dòng)勢的大小與光照強(qiáng)度成比例。任務(wù) 認(rèn)識溫度傳感器任務(wù) 認(rèn)識溫度傳感器PbS

12、紅外光敏元件的結(jié)構(gòu)4. 紅外傳感器的應(yīng)用紅外傳感器可以檢測到物體發(fā)射出的紅外線，用紅外線作為檢測媒介，實(shí)現(xiàn)某些非電量的測量，比可見光做媒介的檢測方法要好。主要體現(xiàn)在：紅外線(指中、遠(yuǎn)紅外線)不受周圍可見光的影響，可晝夜測量；由于被測對象本身會輻射紅外線，故不必設(shè)光源，比較方便；大氣對某些特定波長范圍內(nèi)的紅外線吸收甚少(如2m2.6m，3m5m，8m14m 三個(gè)波段稱為“大氣窗口”)，故適用于遙感、遙測技術(shù)。紅外傳感器及檢測技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)、醫(yī)學(xué)、土木建筑、海洋、氣象、航空、宇航等各個(gè)領(lǐng)域，應(yīng)用非常廣泛。任務(wù) 認(rèn)識溫度傳感器1) 紅外測溫儀紅外輻射測溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、調(diào)制器、紅外傳感

13、器、放大器、顯示器等部分組成。任務(wù) 認(rèn)識溫度傳感器2) 紅外熱像儀通過紅外測溫儀，可以知道物體表面的平均溫度，但要了解物體的溫度分部情況，探測物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)等情況，就需要把物體的溫度分布以圖像的形式直觀地顯示出來，即紅外成像。目前，主要采用了紅外變像管、紅外攝像管、集成紅外電荷耦合器件三種成像器件，顯示物體紅外輻射的熱像圖。其中，集成紅外電荷耦合器件(紅外CCD)是最理想，最有發(fā)展前途的固態(tài)成像器件。任務(wù) 認(rèn)識溫度傳感器任務(wù) 認(rèn)識溫度傳感器紅外熱像儀原理實(shí)訓(xùn)目標(biāo)使用熱電阻傳感器檢測沸水溫度，掌握一般情況下的溫度檢測技巧，學(xué)會選擇通用條件下的溫度傳感器。實(shí)訓(xùn)一 認(rèn)識熱電阻傳感器實(shí)訓(xùn)一 認(rèn)識熱電阻

14、傳感器實(shí)訓(xùn)一 認(rèn)識熱電阻傳感器實(shí)訓(xùn)一 認(rèn)識熱電阻傳感器實(shí)訓(xùn)目標(biāo)使用電爐加熱燒杯中的水，通過熱電阻傳感器檢測燒杯中水的溫升曲線，進(jìn)一步掌握與溫度相關(guān)的數(shù)據(jù)獲得和檢測技巧，提高選擇和調(diào)試普通溫度條件下測溫傳感器的能力。實(shí)訓(xùn)二 使用熱電阻溫度傳感器檢測水的溫升曲線實(shí)訓(xùn)二 使用熱電阻溫度傳感器檢測水的溫升曲線注意事項(xiàng)（1）熱電阻傳感器針對的是水的溫升曲線，傳感器的敏感面需要浸沒于水中，所以檢測過程中注意傳感器在水中的位置情況。（2）檢測時(shí)，熱電阻傳感器的伸出導(dǎo)線不能與水發(fā)生接觸。（3）使用電爐加熱清水時(shí)，應(yīng)注意安全，不要使用手直接接觸電爐、燒杯等熱體，同時(shí)避免被水蒸氣燙傷。實(shí)訓(xùn)二 使用熱電阻溫度傳感器檢測水的溫升曲線實(shí)訓(xùn)目標(biāo)使用熱電偶傳感器檢測酒精燈火焰中心溫度，掌握高溫情況下的檢測技巧，學(xué)會選擇高溫條件下的溫度傳感器。實(shí)訓(xùn)三使用熱電偶溫度傳感器檢測火焰中心溫度實(shí)訓(xùn)三使用熱電偶溫度傳感器檢測火焰中心溫度實(shí)訓(xùn)三使用熱電偶溫度傳感器檢測火焰中心溫度實(shí)訓(xùn)三使用熱電偶溫度傳感器檢測火焰中心溫度實(shí)訓(xùn)三使用熱電偶溫度傳感器檢測火焰中心溫度實(shí)訓(xùn)三使用熱電偶溫度傳感器檢測火焰中心溫度注意事項(xiàng)（1）連線時(shí)需要使導(dǎo)線連接可靠，接觸電阻盡可能小，以避免在檢測時(shí)產(chǎn)生額外檢測誤差。在初次檢測時(shí)，可檢查輸入或輸出導(dǎo)線與熱電阻外殼之間的絕緣電阻，如小于100 M，需要更換熱電偶。（2）熱電偶一般用于檢測高