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文檔簡介
溫度檢測接觸式測溫第1頁,共42頁,2023年,2月20日,星期日本章學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容有:1、了解溫度測量的基本概念和方法;2、了解熱電偶、熱電阻和熱敏電阻的工作原理,以及它們的分類及特點(diǎn);3、了解一些新型非接觸測溫傳感器的原理第四章溫度檢測第2頁,共42頁,2023年,2月20日,星期日第一節(jié)測溫方法及溫標(biāo)一、溫度測量的基本概念
溫度標(biāo)志著物質(zhì)內(nèi)部大量分子無規(guī)則運(yùn)動的劇烈程度。溫度越高,表示物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動越劇烈。模擬圖:在一個密閉的空間里,氣體分子在高溫時的運(yùn)動速度比低溫時快!低溫高溫第3頁,共42頁,2023年,2月20日,星期日二、溫標(biāo)
溫標(biāo)——衡量溫度的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)尺度。溫度的數(shù)值表示方法稱為溫標(biāo)。它規(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。
第4頁,共42頁,2023年,2月20日,星期日幾種溫標(biāo)的對比正常體溫為37C
,相當(dāng)于華氏溫度多少度?第5頁,共42頁,2023年,2月20日,星期日熱力學(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)。威廉·湯姆遜·開爾文勛爵像第6頁,共42頁,2023年,2月20日,星期日三、溫度測量及傳感器分類
溫度傳感器按照測量方法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、非電測型等。
第7頁,共42頁,2023年,2月20日,星期日幾種溫度測量方法
示溫涂料(變色涂料)裝滿熱水后圖案變得清晰可辨第8頁,共42頁,2023年,2月20日,星期日變色涂料在電腦內(nèi)部溫度中的示溫作用CPU散熱風(fēng)扇低溫時顯示藍(lán)色溫度升高后變?yōu)榧t色第9頁,共42頁,2023年,2月20日,星期日紅外溫度計(jì)第10頁,共42頁,2023年,2月20日,星期日第二節(jié)接觸式測溫接觸式傳感器熱電阻:溫度變化—電阻變化金屬材料:熱電阻半導(dǎo)體材料:熱敏電阻中溫低溫?zé)犭娕?溫度變化—熱電動勢變化常用于高溫領(lǐng)域第11頁,共42頁,2023年,2月20日,星期日1主要優(yōu)點(diǎn)
1、它屬于自發(fā)電型傳感器:測量時可以不需外加電源,可直接驅(qū)動動圈式儀表;
2、測溫范圍廣:下限可達(dá)-270C
,上限可達(dá)1800C以上;是目前接觸式測溫中應(yīng)用最廣泛的熱電式傳感器。
3、各溫區(qū)中的熱電勢均符合國際計(jì)量委員會的標(biāo)準(zhǔn)。一、熱電偶測溫(接觸式、熱電式)第12頁,共42頁,2023年,2月20日,星期日熱電偶工作原理演示
結(jié)論:當(dāng)兩個結(jié)點(diǎn)溫度不相同時,回路中將產(chǎn)生電動勢!!熱電極A2工作原理
熱電極B熱電勢AB第13頁,共42頁,2023年,2月20日,星期日從實(shí)驗(yàn)到理論:熱電效應(yīng)
1821年,德國物理學(xué)家賽貝克用兩種不同金屬組成閉合回路,并用酒精燈加熱其中一個接觸點(diǎn)(稱為結(jié)點(diǎn)),發(fā)現(xiàn)放在回路中的指南針發(fā)生偏轉(zhuǎn)(說明什么?),如果用兩盞酒精燈對兩個結(jié)點(diǎn)同時加熱,指南針的偏轉(zhuǎn)角反而減?。ㄓ终f明什么?)。顯然,指南針的偏轉(zhuǎn)說明回路中有電動勢產(chǎn)生并有電流在回路中流動,電流的強(qiáng)弱與兩個結(jié)點(diǎn)的溫差有關(guān)。
第14頁,共42頁,2023年,2月20日,星期日結(jié)論----
若熱電偶兩電極材料相同,那么即使兩端溫度不同,閉合回路的總熱電勢仍為零。若熱電偶兩電極材料不同,而兩端溫度相同,閉合回路中也不會產(chǎn)生總熱電勢。所以,熱電偶的工作條件是:電極由不同材料組成,且兩接觸端溫度不一樣。4熱電勢的大小僅與熱電極材料和兩端溫度有關(guān)。第15頁,共42頁,2023年,2月20日,星期日普通裝配型熱電偶的外形安裝螺紋安裝法蘭工業(yè)熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖
1-接線盒;2-保險套管
3―絕緣套管4―熱電偶絲1234第16頁,共42頁,2023年,2月20日,星期日熱電偶的分度表
熱電偶的線性較差,多數(shù)情況下采用查表法。
直接從熱電偶的分度表查溫度與熱電勢的關(guān)系時的約束條件是:自由端(冷端)溫度必須為0C。
第17頁,共42頁,2023年,2月20日,星期日K熱電偶的分度表比較查出的3個熱電勢,可以看出熱電勢是否線性?第18頁,共42頁,2023年,2月20日,星期日3熱電偶的種類及結(jié)構(gòu)
八種國際通用熱電偶:
B:鉑銠30—鉑銠6R:鉑銠13—鉑
S:鉑銠10—鉑K:鎳鉻—鎳硅
N:鎳鉻硅—鎳硅E:鎳鉻—銅鎳
J:鐵—銅鎳T:銅—銅鎳
用于制造鉑熱電偶的各種鉑熱電偶絲第19頁,共42頁,2023年,2月20日,星期日幾種常用熱電偶的測溫范圍及熱電勢
分度號
名稱
測量溫度范圍
1000C熱電勢/mVB鉑銠30-鉑銠650~1820C4.834R鉑銠13—鉑-50~1768C10.506S鉑銠10—鉑-50~1768C9.587K鎳鉻-鎳鉻
(鋁)-270~1370C41.276E鎳鉻-銅鎳(康銅)-270~800C——?第20頁,共42頁,2023年,2月20日,星期日幾種常用熱電偶的熱電勢與溫度的關(guān)系曲線分析
哪幾種熱電偶的測溫上限較高?結(jié)論:
哪幾種熱電偶的線性較差?
哪一種熱電偶的靈敏度較高?
哪一種熱電偶的靈敏度較低?為什么所有的曲線均過原點(diǎn)(零度點(diǎn))?第21頁,共42頁,2023年,2月20日,星期日4熱電偶基本定律1、均質(zhì)導(dǎo)體定則
均質(zhì)導(dǎo)體構(gòu)成的閉合回路,不可能產(chǎn)生熱電效應(yīng),構(gòu)不成熱電偶。
熱電偶的電極均勻性越好,則其質(zhì)量越好。第22頁,共42頁,2023年,2月20日,星期日2、中間導(dǎo)體定律
導(dǎo)體A、B組成的熱電偶中插入第三種導(dǎo)體C,只要導(dǎo)體C兩端溫度相同,則對熱點(diǎn)偶總熱電勢無影響。
意義:可用測量儀表直接測量熱電勢第23頁,共42頁,2023年,2月20日,星期日意義:為制定分度表奠定了理論基礎(chǔ)3、中間溫度定律ABABTToTnTn
熱電偶AB在接點(diǎn)溫度為T和To的熱電勢EAB(T,To)應(yīng)當(dāng)?shù)扔谒诮狱c(diǎn)溫度T、Tn和Tn、To的熱電勢的代數(shù)和,即
EAB(T,To)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,To)第24頁,共42頁,2023年,2月20日,星期日5熱電偶的冷端處理
必要性:
1、用熱電偶的分度表查毫伏數(shù)-溫度時,必須滿足t0=0C的條件。在實(shí)際測溫中,冷端溫度常隨環(huán)境溫度而變化,這樣t0不但不是0C,而且也不恒定,因此將產(chǎn)生誤差。
2、一般情況下,冷端溫度均高于0C,熱電勢總是偏小。應(yīng)想辦法消除或補(bǔ)償熱電偶的冷端損失。第25頁,共42頁,2023年,2月20日,星期日
采用相對廉價的補(bǔ)償導(dǎo)線,可延長熱電偶的冷端,使之遠(yuǎn)離高溫區(qū);可節(jié)約大量貴金屬;易彎曲,便于敷設(shè)。
型號配用熱電偶正-負(fù)導(dǎo)線外皮顏色正-負(fù)SC鉑銠10-鉑紅-綠KC鎳鉻-鎳硅紅-藍(lán)WC5/26鎢錸5-鎢錸26
紅-橙
補(bǔ)償導(dǎo)線在0~100C范圍內(nèi)的熱電勢與配套的熱電偶的熱電勢相等,所以不影響測量精度。A補(bǔ)償導(dǎo)線法第26頁,共42頁,2023年,2月20日,星期日補(bǔ)償導(dǎo)線外形A’B’屏蔽層保護(hù)層第27頁,共42頁,2023年,2月20日,星期日B冷端溫度測量計(jì)算法計(jì)算修正
當(dāng)熱電偶的冷端溫度t00C時,由于熱端與冷端的溫差隨冷端的變化而變化,所以測得的熱電勢EAB(t,t0)與冷端為0C時所測得的熱電勢EAB(t,0C)不等??梢岳孟率接?jì)算并修正測量誤差:
EAB(t,0C)=EAB(t,t0)+EAB(t0,0C)第28頁,共42頁,2023年,2月20日,星期日C冷端恒溫法
將熱電偶的冷端置于裝有冰水混合物的恒溫容器中,使冷端的溫度保持在0C不變。此法也稱冰浴法,它消除了t0不等于0C而引入的誤差,由于冰融化較快,所以一般只適用于實(shí)驗(yàn)室中。
工業(yè)應(yīng)用中,一般把冷端放在電加熱的恒溫器中,使其維持在某一恒定的溫度。第29頁,共42頁,2023年,2月20日,星期日冰浴法
在冰瓶中,冰水混合物的溫度能較長時間地保持在0C不變。第30頁,共42頁,2023年,2月20日,星期日
XT-WBC熱電偶冷端補(bǔ)償器
電橋補(bǔ)償法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡電壓來自動補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢變化值,可購買與被補(bǔ)償熱電偶對應(yīng)型號的補(bǔ)償電橋。
D電橋補(bǔ)償法第31頁,共42頁,2023年,2月20日,星期日二、熱電阻測溫(接觸式、電阻式)
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)體時的阻礙增大,宏觀上表現(xiàn)出電阻率變大,電阻值增加,我們稱其為正溫度系數(shù),即電阻值與溫度的變化趨勢相同。第32頁,共42頁,2023年,2月20日,星期日
取一只100W/220V燈泡,用萬用表測量其電阻值,可以發(fā)現(xiàn)其冷態(tài)阻值只有幾十歐姆,而計(jì)算得到的額定熱態(tài)電阻值應(yīng)為484
。
第33頁,共42頁,2023年,2月20日,星期日★熱電阻材料特點(diǎn)(1)高溫度系數(shù)、高電阻率(2)較寬測量范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)(3)良好的輸出特性(4)良好工藝性易提純、復(fù)現(xiàn)性好的金屬材料才可用于制作熱電阻第34頁,共42頁,2023年,2月20日,星期日小型鉑熱電阻
第35頁,共42頁,2023年,2月20日,星期日汽車用水溫傳感器及水溫表
銅熱電阻第36頁,共42頁,2023年,2月20日,星期日三線制測量電橋四線制接法第37頁,共42頁,2023年,2月20日,星期日三、熱敏電阻熱敏電阻的溫度特性04080120160200106104102100溫度℃電阻CTRNTCPTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻:NTC正溫度系數(shù)熱敏電阻:PTC
臨界溫度系數(shù)熱敏電阻:CRT
半導(dǎo)體
結(jié)構(gòu):金屬氧化物:鈷Co、錳Mn、鎳Ni
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