智能傳感與檢測技術 教案 5-1 熱電式傳感器

《智能傳感與檢測技術》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熱電偶的測溫原理5.1.2熱電偶定律5.1.3熱電偶的冷端溫度補償方法5.1.4熱電偶傳感器的應用實例5.2熱電阻傳感器5.3熱敏電阻傳感器建議課時授課方式理論知識講授+課堂提問討論+多媒體演示所屬專業(yè)教學目標掌握熱電偶的測溫原理和熱電偶定律2.掌握熱電偶的冷端溫度補償方法3.了解熱電偶傳感器的應用實例4.了解熱電阻傳感器和熱敏電阻傳感器教學重點1.掌握熱電偶的測溫原理和熱電偶定律2.掌握熱電偶的冷端溫度補償方法3.了解熱電偶傳感器的應用實例教學難點熱電偶的測溫原理和熱電偶定律參考教材《智能傳感與檢測技術》徐小華主編機械工業(yè)出版社ISBN978-7-111-76072-6教學內(nèi)容『新課導入』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反應過程都與溫度密切相關，因此溫度控制是生產(chǎn)自動化的重要任務。如冶金、機械、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，測得與溫度相應的熱電動勢，由儀表顯示出溫度值。熱電偶傳感器廣泛用來測量-200℃~1800℃范圍內(nèi)的溫度，特殊情況下，可測至2800℃的高溫或4K的低溫。它具有結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，準確度高，測溫范圍廣等特點。由于熱電偶將溫度轉(zhuǎn)化成電量進行檢測，使溫度的測量、控制、以及對溫度信號的放大，變換都很方便，適用于遠距離測量和自動控制。5.1.1熱電偶的測溫原理熱電偶的測溫原理基于熱電效應。將兩種不同材料的導體A和B串接成一個閉合回路，當兩個接點1和2的溫度不同時，如T＞T0，如圖5-2所示，在回路中就會產(chǎn)生熱電動勢，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)測溫范圍，熱電偶可分為高溫熱電偶、中溫熱電偶、低溫熱電偶；根據(jù)工業(yè)標準化的情況，又分為標準化熱電偶和非標準化熱電偶。標準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)導體定律中間導體定律參考電極定律兩種導體A,B分別與參考電極C(或稱標準電極)組成熱電偶，如果他們所產(chǎn)生的熱電動勢為已知，A和B兩極配對后的熱電動勢可用下式求得+5.1.3熱電偶的冷端溫度補償方法常用的補償措施有補償導線法、冷端0℃恒溫法、電橋補償法等。補償導線法冷端0℃恒溫法電橋補償法電橋的4個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，從而達到自動補償?shù)哪康摹?.1.4熱電偶傳感器的應用實例5.2熱電阻傳感器熱電阻傳感器是利用導體或半導體的電阻值隨溫度的變化來測量溫度的元件，它由熱電阻體（感溫元件），連接導線和顯示或紀錄儀表構(gòu)成。熱電阻傳感器廣泛用來測量-200～850℃范圍內(nèi)的溫度，少數(shù)情況下，低溫可至1K，高溫可達1000

℃。在常用的電阻溫度計中，標準鉑電阻溫度計的準確度最高。同熱電偶相比，具有準確度高，輸出信號大，靈敏度高，測溫范圍廣，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)變化的半導體熱敏元件。廣泛應用于家電、汽車、測量儀器等領域。優(yōu)點如下：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，可以測量“點”溫度；電阻率高，熱慣性小，適宜動態(tài)測量；(4)功耗小，不需要參考端補償，適于遠距離的測量與控制。缺點是阻值與溫度的關系呈非線性，元件的穩(wěn)定性和互換性較差。除高溫熱敏電阻外，不能用于350℃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。『課堂小結(jié)』對于機械、冶金、能源、國防等部門來說，金屬表面溫度的測量是非常普遍而又比較復雜的問題。例如熱處理工作中鍛件、鑄件以及各種余熱利用的熱