智能傳感與檢測(cè)技術(shù) 教案 5-1 熱電式傳感器

《智能傳感與檢測(cè)技術(shù)》課程教案授課章節(jié)第5章熱電式傳感器5.1熱電偶傳感器5.1.1熱電偶的測(cè)溫原理5.1.2熱電偶定律5.1.3熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償方法5.1.4熱電偶傳感器的應(yīng)用實(shí)例5.2熱電阻傳感器5.3熱敏電阻傳感器建議課時(shí)授課方式理論知識(shí)講授+課堂提問討論+多媒體演示所屬專業(yè)教學(xué)目標(biāo)掌握熱電偶的測(cè)溫原理和熱電偶定律2.掌握熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償方法3.了解熱電偶傳感器的應(yīng)用實(shí)例4.了解熱電阻傳感器和熱敏電阻傳感器教學(xué)重點(diǎn)1.掌握熱電偶的測(cè)溫原理和熱電偶定律2.掌握熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償方法3.了解熱電偶傳感器的應(yīng)用實(shí)例教學(xué)難點(diǎn)熱電偶的測(cè)溫原理和熱電偶定律參考教材《智能傳感與檢測(cè)技術(shù)》徐小華主編機(jī)械工業(yè)出版社ISBN978-7-111-76072-6教學(xué)內(nèi)容『新課導(dǎo)入』溫度是工業(yè)生產(chǎn)中常見的工藝參數(shù)之一，任何物理變化和化學(xué)反應(yīng)過程都與溫度密切相關(guān)，因此溫度控制是生產(chǎn)自動(dòng)化的重要任務(wù)。如冶金、機(jī)械、熱處理、食品、化工以及玻璃、陶瓷和耐火材料等各類工業(yè)生產(chǎn)過程中廣泛使用各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐等『授課內(nèi)容』5.1熱電偶傳感器熱電偶作為溫度傳感器，測(cè)得與溫度相應(yīng)的熱電動(dòng)勢(shì)，由儀表顯示出溫度值。熱電偶傳感器廣泛用來測(cè)量-200℃~1800℃范圍內(nèi)的溫度，特殊情況下，可測(cè)至2800℃的高溫或4K的低溫。它具有結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，準(zhǔn)確度高，測(cè)溫范圍廣等特點(diǎn)。由于熱電偶將溫度轉(zhuǎn)化成電量進(jìn)行檢測(cè)，使溫度的測(cè)量、控制、以及對(duì)溫度信號(hào)的放大，變換都很方便，適用于遠(yuǎn)距離測(cè)量和自動(dòng)控制。5.1.1熱電偶的測(cè)溫原理熱電偶的測(cè)溫原理基于熱電效應(yīng)。將兩種不同材料的導(dǎo)體A和B串接成一個(gè)閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)1和2的溫度不同時(shí)，如T＞T0，如圖5-2所示，在回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)，并在回路中有一定大小的電流，此根據(jù)熱電極的材料，熱電偶可分為難熔金屬熱電偶、貴金屬熱電偶、廉金屬熱電偶、非金屬熱電偶等；根據(jù)測(cè)溫范圍，熱電偶可分為高溫?zé)犭娕?、中溫?zé)犭娕?、低溫?zé)犭娕迹桓鶕?jù)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化的情況，又分為標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶國家已定型批量生產(chǎn)，它具有良好的互換性，有統(tǒng)一的分度表，并有與之配套的記錄和顯示儀表。這對(duì)生產(chǎn)和使用都帶來了方便。1.鉑銠-鉑熱電偶2.鎳鉻-鎳硅熱電偶3.鉑銠-鉑銠熱電偶4.銅-康銅熱電偶5.1.2熱電偶定律1.均質(zhì)導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律參考電極定律兩種導(dǎo)體A,B分別與參考電極C(或稱標(biāo)準(zhǔn)電極)組成熱電偶，如果他們所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)為已知，A和B兩極配對(duì)后的熱電動(dòng)勢(shì)可用下式求得+5.1.3熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償方法常用的補(bǔ)償措施有補(bǔ)償導(dǎo)線法、冷端0℃恒溫法、電橋補(bǔ)償法等。補(bǔ)償導(dǎo)線法冷端0℃恒溫法電橋補(bǔ)償法電橋的4個(gè)電阻均和熱電偶冷端處在同一環(huán)境溫度，但由于RT的阻值隨環(huán)境溫度變化而變化，使電橋產(chǎn)生的不平衡電壓的大小和極性隨著環(huán)境溫度的變化而變化，從而達(dá)到自動(dòng)補(bǔ)償?shù)哪康摹?.1.4熱電偶傳感器的應(yīng)用實(shí)例5.2熱電阻傳感器熱電阻傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度的變化來測(cè)量溫度的元件，它由熱電阻體（感溫元件），連接導(dǎo)線和顯示或紀(jì)錄儀表構(gòu)成。熱電阻傳感器廣泛用來測(cè)量-200～850℃范圍內(nèi)的溫度，少數(shù)情況下，低溫可至1K，高溫可達(dá)1000

℃。在常用的電阻溫度計(jì)中，標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的準(zhǔn)確度最高。同熱電偶相比，具有準(zhǔn)確度高，輸出信號(hào)大，靈敏度高，測(cè)溫范圍廣，穩(wěn)定型好,

輸出線性好等特性。5.3熱敏電阻傳感器熱敏電阻是一種電阻值隨其溫度成指數(shù)變化的半導(dǎo)體熱敏元件。廣泛應(yīng)用于家電、汽車、測(cè)量儀器等領(lǐng)域。優(yōu)點(diǎn)如下：電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高，比一般金屬電阻大10～100倍；結(jié)構(gòu)簡單，體積小，可以測(cè)量“點(diǎn)”溫度；電阻率高，熱慣性小，適宜動(dòng)態(tài)測(cè)量；(4)功耗小，不需要參考端補(bǔ)償，適于遠(yuǎn)距離的測(cè)量與控制。缺點(diǎn)是阻值與溫度的關(guān)系呈非線性，元件的穩(wěn)定性和互換性較差。除高溫?zé)崦綦娮柰?，不能用?50℃以上的高溫。熱敏電阻由熱敏探頭，引線，殼體等構(gòu)成，圖5-5熱敏電阻的結(jié)構(gòu)與符號(hào)。『課堂小結(jié)』對(duì)于機(jī)械、冶金、能源、國防等部門來說，金屬表面溫度的測(cè)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