电子温度计的设计与制作.ppt

,传感器检测技术,传感器检测技术,项目一：电子秤（重量测量） 项目二：声光控单元 项目三：轮胎压力测控 项目四：鸡雏孵化室恒温控制 项目五：电子温度计的设计与制作 项目六：lem霍尔电流传感器,传感器检测技术课程项目,教学资源,教学资源,参考书目： 王春.简易电子数字温度计的制作j.考试周刊.2009(37). 谢文和.传感技术及其应用m.高等教育出版社，2010. 吴全全.项目教学法j.中国职业教育.2006(226),网络资源:,返回,教学思路设计 明确目标 自我探索 合作设计 展示评价 lets go,项目教学目标,掌握4种温度测量系统基本组成与工作原理; 掌握温度测量数字温度计组成 ; 掌握利用普通二极管作温度传感器原理 。,能够组成合理的温度检测电路； 能设计基于普通二极管温度传感器信号转换与放大电路设计； 能利用温度传感器与数字电压表组成数字温度计。,养成良好的工作责任心和严谨的工作作风； 培养良好的合作精神，创新精神和竞争意识。,知识目标,能力目标,素质目标,法兰变送器充灌设备的研制,7,2019/2/17,项目教学进程,温度测试,可以用哪些温度测试工具？,常见的温度测试计,压力温度计,水 银 温 度 计,温度计的 分类及特性,数字温度计的设计与制作,玻璃管温度计原理：利用热胀冷缩的来实现温度测量的。 分类：煤油温度计、水银温度计、红钢笔水温度计。 优点：结构简单，使用方便，测量精度相对较高，价格低廉 缺点：是测量上下限和精度受玻璃质量与测温介质的性质限制。,温度计的 分类及特性,数字温度计的设计与制作,压力式温度计测试原理：利用封闭容器内的液体，气体或饱和蒸气受热后产生体积膨胀或压力变化作为测信号 基本结构：由温包、毛细管和指示表三部分组成。 优点是：结构简单，机械强度高，不怕震动。价格低廉，不需要外部能源。 缺点是：测温范围有限制，一般在-80400;热损失大响应时间较慢;仪表密封系统(温包，毛细管，弹簧管)损坏难于修理，必须更换;测量精度受环境温度、温包安装,温度计的 分类及特性,原理：利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性来 进行温度测量的 优点：测量精度高;再现性好，又保持多年稳定性、精确度; 响应时间快;与热电偶相比不需要冷端补偿。 缺点是：价格比热电偶贵;需外接电源;热惯性大;避免使用在有机械振动的场合。,数字温度计的设计与制作,温度计的 分类及特性,数字温度计的设计与制作,原理：热电偶温度计是由两种不同材料的导体a、b(热电极)焊接而成的。热端插入被测介质中，另一端与导线连接，形成回路若两端温度不同，回路中就会产生热电势，热电势两端的函数差即反映温度 优点是：体积小，安装方便;信号可远传作指示、控制用;与压力式温度计相比响应时间少;测温范围宽，尤其体现在测高温;价格低，再现性好，精度高。 缺点是：热电势与温度之间呈非线性关系;精度 比热电阻低;在同样条件下，热电偶接点容易老化;冷端需要补偿。,热电偶传感器,热电式传感器的应用,3,热电式传感器是利用转换元件电磁参量随温度变化的特性，对温度和与温度有关的参量进行检测的装置。其中将温度变化转换为电阻变化的称为热电阻传感器；将温度变化转换为热电势变化的称为热电偶传感器。 热电阻传感器可分为金属热电阻式和半导体热电阻式两大类，前者简称热电阻，后者简称热敏电阻。,热电阻传感器,热电式传感器,热电阻 1.热电阻材料的特点 热电阻材料必须具有以下特点： (1).高温度系数、高电阻率。这样在同样条件下可加快反应速度，提高灵敏度，减小体积和重量。 (2).化学、物理性能稳定。以保证在使用温度范围内热电阻的测量准确性。 (3).良好的输出特性。即必须有线性的或者接近线性的输出。 (4).良好的工艺性，以便于批量生产、降低成本。,2、热电阻的使用温度范围： 中低温区 -200600 ,热电式传感器,3.常见热电阻材料及其特性 铂、铜为应用最广的热电阻材料。虽然铁、镍的温度系数和电阻率均比铂、铜要高，但由于存在着不易提纯和非线性严重的缺点，因而用得不多。 铂容易提纯，在高温和氧化性介质中化学、物理性能稳定，制成的铂电阻输出输入特性接近线性，测量精度高。,铂热电阻,铂电阻阻值与温度变化之间的关系可以近似用下式表示：,在0630.74范围内，金属铂的电阻值与温度的关系为：,在-1900范围内，金属铂的电阻值与温度的关系为：,0时的电阻值,t时的电阻值,a、b、c分度系数 其中：a=3.9684710-2/； b=-5.84710-7/2； c=-4.2210-12/3),可以看出，它们的高次项很小。铂电阻在0100时的最大非线性偏差小于0.5；r0不同，rt与t 的关系也不同。,铂容易提纯，其物理、化学性能在高温和氧化性介质中很稳定。铂电阻的输出 输入特性接近线性，且测量精度高，所以它能用作工业测温元件和作为温度标准。,按国际温标ipts-68规定，在-259.34630.73温域内，以铂电阻温度计作基准器。,wzb型铂电阻分度表 r0=100 规定分度号ba-2 分度系数 a=3.39648710-2/； b=-5.84710-7/2； c=-4.2210-12/4,wzb型铂电阻分度表 r0=46 规定分度号ba-1 分度系数 a=3.39648710-2/； b=-5.84710-7/2； c=-4.2210-12/4,在-50150范围内，铜电阻化学、物理性能稳定，输出 输入特性接近线性，价格低廉。,铜热电阻,铜电阻阻值与温度变化之间的关系可近似表示为：,铜电阻的缺点是电阻率低，体积大，热惯性大，在100以上时易氧化。, 铟电阻 铟电阻用99.999%高纯度的铟丝绕成电阻，适宜在-269-258温度范围内使用。实验证明，在4.2k15k范围内，铟电阻灵敏度比铂电阻高10倍。 铟电阻的缺点是材料软，复制性差。,其他热电阻, 锰电阻 锰电阻适宜在-271-210温度范围内使用。其优点是在2k 63k温度范围内电阻随温度变化大，灵敏度高。锰电阻的缺点是材料脆，难拉成丝。, 碳电阻 碳电阻适宜在-273-268.5温度范围内使用。其优点是热容量小，灵敏度高，价格低廉，操作简便。但是碳电阻的热稳定性较差。,热电阻电阻体绝缘套管接线盒,5 热电阻的结构,6 热电阻的类型：,1. 装配式热电阻,2. 铠装热电阻,3. 端面热电阻,4. 隔爆型热电阻,装配式热电阻,主要特点： 1、抗振性能好； 2、测温精度高； 3、机械强度高； 4、耐压性能好； 5、性能可靠稳定； 6、零件分解性好； 7、维修方便； 8、更换易损件成本低；,铠装热电阻,主要特点： 铠装电阻外保护管采用不锈钢，内充满高密度氧化物质绝缘体，因此它具有很强的抗污染和优良的机械强度，适合安装在环境恶劣的场合。铠装热电阻通常由铠装铂热电阻感温元件、安装固定装置和接线装置等主要部件组成等热响应时间少，减小动态误差；直径小，长度不受限制；,端面热电阻,主要特点： 端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制，紧贴在温度计端面。它与一般轴向热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。,隔爆型热电阻,主要特点： 1、压簧式感温元件，抗振性能好； 2、测量精确度高； 3、机械强度高，耐压性能好； 4、进口薄膜电阻元件，性能可靠稳定；,二热敏电阻,热敏电阻是利用半导体的电阻值随温度的变化而显著变化的特性实现测温的。半导体热敏电阻有很高的电阻温度系数，其灵敏度比热电阻高得多。而且体积可以做得很小，故动态特性好，特别适于在-100300之间测温。,热敏电阻的缺点是互换性较差，另外其热电特性是非线性的。,热敏电阻的结构,热敏电阻是由一些金属氧化物，如钴（co）、锰（mn）、镍（ni）等的氧化物采用不同比例配方，高温烧结而成。其形状有珠状、片状、杆状、垫圈状等。,图6-21 热敏电阻的结构类型,热敏电阻的基本参数,1. 标称电阻rh,标称电阻值是热敏电阻在250.2、零功率时的阻值，也叫冷电阻。,2. 材料常数bn,材料常数是表征负温度系数(ntc)热敏电阻器材料的物理特性常数。bn值决定于材料的激活能e，它们之间满足下面的函数关系式,3. 电阻温度系数,热敏电阻的温度每变化1时电阻值的变化率叫做热敏电阻的电阻温度系数。 即：,4. 耗散系数h,热敏电阻器温度每变化1所耗散的功率变化量。,5. 时间常数,热敏电阻器在零功率测量状态下，当环境温度突变时电阻器的温度变化量从开始到最终变量的63.2所需的时间称为热敏电阻的时间常数,6. 最高工作温度tmax,热敏电阻器在规定的技术条件下长期连续工作所允许的最高温度。,热电式传感器,热敏电阻的分类： 热敏电阻是用半导体材料制成的热敏器件。按物理特性，可分为三类： (1).负温度系数热敏电阻(ntc)； (2).正温度系数热敏电组(ptc)； (3).临界温度系数热敏电阻(ctr)。 ,热敏电阻主要有三种类型，即正温度系数型(ptc)、负温度系数型(ntc)、和临界温度系数型(ctr)。,ctr临界热敏电阻有一突变温度，此特性可用于自动控温和报警电路中。,热敏电阻的主要特性,ntc热敏电阻的阻值-温度关系为：,1. ntc热敏电阻的电阻 温度特性,bn 为热敏电阻的材料常数，一般bn 为2000600k，高温下bn 将增大。,或表示为：,图6-23 ntc热敏电阻器的电阻-温度曲线,图中直线的斜率就是热敏电阻的材料常数bn。,不同材料的bn不同，右图为不同bn的rt /r25t特性曲线,为了使用方便，常取环境温度为25作为参考温度（即t0=25），则ntc热敏电阻器的电阻 温度关系式可写成：,2. ptc热敏电阻的电阻 温度特性,ptc的电阻 温度特性是利用正温度系数热敏材料在居里点附近结构发生相变引起导电率突变获得的，如图所示。,图 ptc的电阻温度曲线,由实验得到：在工作温度范围内，ptc的电阻 温度特性可近似用下面的公式表示：,对上式取对数得：,图6-26 lnrt -t特性曲线,图线的斜率即为bp：,法兰变送器充灌设备的研制