电阻式温度传感器ppt课件.ppt

模块三温度传感器 任务1电阻式温度传感器 1 1 学习温度 温标的概念2 学习温度传感器的分类3 学习热电阻 热敏电阻传感器的概念及其特点 种类及其应用 2 一 什么是温度从宏观性质讲 温度表示了物体冷热程度 物体温度的高低确定了热量传递的方向 从微观性质讲 温度表示了物体内部分子运动的剧烈程度二 什么温标为了进行温度测量 需建立温度的标尺即温标 它规定了温度读数的起点 零点 以及温度的单位 国际上规定的温标有 摄氏温标 华氏温标 热力学温标 1 摄氏温标摄氏温标把在标准大气压下冰的熔点定为零度 0 把水的沸点定为100度 100 在这两个温度点间划分100等份 每一等份为1摄氏度 国际摄氏温标的符号为t 国际摄氏温标的温度单位符号为 3 2 华氏温标规定一定浓度的盐水凝固时的温度定为0 把纯水凝固时的温度定为32 把标准大气压下水沸腾的温度定为212 用 代表华氏温度 华氏温标与摄氏温标的关系式为 3 热力学温标 物理学中的绝对温度 国际单位制的基本温标 符号T 单位为开尔文 符号为K 热力学温标以水的固 液 气三态平衡共存时的温度为基本定点 并规定其温度为273 15K 热力学温标与摄氏温标存在着下述的关系 4 温度传感器是用来测试温度的器件 主要由感温元件和测量电路组成 分类按照感温元件是否与被测温对象相接触来分温度传感器可分为接触式和非接触式按照其与单片机的接口来分传统的分立式 模拟集成 智能数字温度传感器 5 按照感温元件是否与被测温对象相接触来分 温度传感器可分为接触式和非接触式 1 接触式温度传感器测温时与被测对象直接接触 主要包括电阻式 热电偶 热膨胀式温度传感器等 2 非接触式温度传感器测温时不需直接与被测对象接触 可以测量高温 有腐蚀性 有毒和运动物体的温度 主要包括辐射高温计 红外温度传感器等 6 按照其与单片机的接口来分 温度传感器可分为传统的分立式 模拟集成 智能数字温度传感器三类 传统的分立式温度传感器输出的是模拟电信号模拟集成温度传感器的输出是模拟电信号智能数字温度传感器输出的是数字信号 7 在本模块中 温度传感器的分类主要以测温原理为依据 介绍最为常见的电阻式温度传感器和热电偶温度传感器 8 在现代机加工过程中常常使用数控机床 见下左图 机床中电动机的旋转 移动部件的移动 切削等都会产生热量 见下右图 且温度分布不均匀 造成温差 使机床产生热变形影响零件加工精度 为了避免温度产生的影响 可在机床上某些部位装设温度传感器 感受温度信号并将其转换成电信号送给控制系统 控制冷却液流量 以便控制温度 机加工使工件温度升高 数控机床 9 温度的测量与控制 一直都是电气自动化控制的一项重要任务 在工业现场与家庭生活中都存在着许多温度控制的要求 而准确的温度控制又决定着某种控制任务是否成功 比如 家用电饼铛的使用过程中 对其加热控制要求就很高 既要保证食物被烙熟 还要保证食物不被烙糊 在其中用于测量温度的元件就是热敏电阻 电加热温度控制接线原理图 图中 由接触器完成电加热器的接通于断开 加热初始由启动按钮启动接触器接通电热管开始加热 热电偶完成温度测量 并将温度信号传送至温度控制器的输入端 温度控制器根据温度设定值来控制接触器的接通于断开 从而达到闭环的温度自动控制要求 加热完成按下停止按钮关闭电加热控制系统 电阻式温度传感器 1 热电阻温度传感器2 热敏电阻温度传感器 11 热电阻效应导体或半导体材料的电阻值随温度变化而变化的现象称为热电阻效应 电阻式温度传感器就是利用热电阻效应制成的 12 热电阻按使用的材料来分可分为两大类 一种是由金属导体铂 铜 镍等制成的感温元件 称为金属热电阻 简称热电阻 另一种是由半导体材料制成的感温元件 称为热敏电阻 热敏电阻的图形符号 13 热电阻 铜电阻 铂电阻 14 热敏电阻 15 热敏电阻 16 热电阻的特点 1 金属热电阻随温度的升高而增大2 R t特性曲线关系最好成线性关系3 最常用的材料是铂和铜4 物理 化学性能稳定 重复性好 17 铂电阻铂易于提纯 物理 化学性质稳定 电阻率较大 能耐较高的温度 是制造标准热电阻和工业用热电阻的最好材料 但铂是贵重金属 价格较高 按照ITS 1990标准 国内常用的铂热电阻器有R0 10欧姆和R0 100欧姆两种 它们的型号分别为Pt10和Pt100 其中Pt100最为常用 不同型号有其对应的分度表 R t特性曲线的关系表 铂热电阻 Pt100 分度表见表3 1 这样在实际测量时 只要测得热电阻的阻值 便可从相应的分度表中查出对应的温度值 得到被测物体的温度 18 19 铜电阻铜材料容易提纯 具有较大的电阻温度系数 铜电阻的阻值与温度之间接近线性关系 铜的价格比较便宜 工业上铜热电阻有两种分度号 Cu50 R0 50欧姆 和Cu100 R0 100欧姆 相应有Cu50 Cu100两种分度表 20 热电阻的典型测量电路工业上多采用三线单臂电桥电路和四线制恒流源测量电路 21 电桥的概念 用比较法测量各种量 如电阻 电容 电感等 的仪器 最简单的是由四个支路组成的电路 各支路称为电桥的 臂 如图电路中有一电阻为未知 R2 一对角线中接入直流电源U 另一对角线接入检流计G 可以通过调节各已知电阻的值使G中无电流通过 则电桥平衡 未知电阻R2 R1 R4 R3 22 23 热敏电阻 1 热敏电阻是由某些金属氧化物或单晶硅 锗等材料按特定工艺制成的热敏元件 它对温度反应较为敏感 电阻值随温度变化显著 2 根据受热方式的不同分 热敏电阻可分为直热式和旁热式两种 按热敏电阻的温度系数分为三类 可分为PTC NTC CTR 24 根据受热方式的不同分 热敏电阻可分为直热式和旁热式两种 直热式热敏电阻是利用电阻体本身通过电流产生热量 使其电阻值发生变化而制成的 旁热式热敏电阻中除了一个电阻体外 还有一个金属丝绕制的加热器作为热源电阻 电阻体与加热体之间绝缘 但又离得很近 一起密封在高真空的玻璃壳中 25 热敏电阻的分类按热敏电阻的温度系数分为三类 1 电阻值随温度升高而升高的 称为正温度系数热敏电阻 PTC 2 电阻值随温度升高而降低的 称为负温度系数热敏电阻 NTC 3 具有正或者负温度系数特性 但在某一温度范围电阻值发生巨大变化的 称为突变型温度系数热敏电阻 CTR 主要用于温度开关 26 图2 2 2热敏电阻的温度特性曲线 1 PTC热敏电阻2 NTC热敏电阻3 正温度系数CTR4 负温度系数CTR 27 电阻式传感器 1 热电阻温度传感器2 热敏电阻温度传感器 28 热电阻温度传感器有普通型 铠装型 端面型和隔爆型四种结构 29 1 普通型热电阻温度传感器普通型热电阻温度传感器由热电阻元件 绝缘套管 引出线 保护套管及接线盒等基本部分组成 如下图所示 普通型热电阻温度传感器 30 2 铠装热电阻温度传感器铠装热电阻温度传感器是由感温元件 电阻体 引线 高绝缘氧化镁 1Cr18Ni9Ti不锈钢套管经多次一体拉制而成的坚实体 这样在安装 弯曲时 不会损坏热电阻元件 3 端面热电阻温度传感器端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝绕制而成 紧贴在温度计端面 其外形如下图所示 外形短 粗 敏感元件集中在端面 31 端面热电阻温度传感器 32 4 隔爆型热电阻温度传感器隔爆型热电阻通过具有隔爆外壳的接线盒 把其外壳内部可能产生爆炸的混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内 阻止向周围的生产现场传爆 其外形如下图所示 隔爆型热电阻温度传感器 33 热敏电阻温度传感器热敏电阻与热电阻相比 其灵敏度高 电阻温度系数大 结构简单 体积小 适应于动态测量 但化学稳定性差 测温范围窄 通常为 100 300C 热敏电阻温度传感器便于安装与远距离测温 广泛应用于家用空调 汽车空调 冰箱 饮水机 暖风机 洗碗机 消毒柜 洗衣机 电热水器 整体浴室 豆浆机 烘干机等 34 图2 2 4用PTC组成的温度测量原理图 35 36 37 38 39 图2 2 4用PTC组成的温度测量原理图 40 一 填空题1 金属热电阻的电阻率随温度的升高而 2 热敏电阻是一种 会随 而改变的敏感元件3 将万用表的选择开关置于RX1k挡 再将万用表的两支表笔与PTC热敏电阻RT的两端相连 这时指针恰好指在刻度盘的中间 若往PTC热敏电阻RT上擦一些酒精 指针将向 移动 若用蜡烛火靠近PTC热敏电阻RT 则指针将向 移动 增大 电阻值 温度 右 左 41 4 从宏观性质讲 温度表示了物体 程度 物体温度的高低确定了热量传递的方向5 国际上规定的温标有 华氏温标 热力学温标 其中摄氏温标的单位为 华氏温标的单位为 热力学温标的单位为 6 按照感温元件是否与被测温对象相接触来分温度传感器可分为 和非接触式温度传感器7 传统的分立式温度传感器输出的是 模拟集成温度传感器的输出是 智能数字温度传感器输出的是 冷热 摄氏温标 K 接触式 模拟电信号 模拟电信号 数字信号 42 8 导体或半导体材料的电阻值随 变化而变化的现象称为 效应 电阻式温度传感器就是利用 效应制成的 9 热电阻按使用的材料来分可分为两大类 一种是由 导体铂 铜 镍等制成的感温元件 称为 简称热电阻 另一种是由半导体材料制成的感温元件 称为 温度 热电阻 热电阻 金属 金属热电阻 热敏电阻 43 10 负温度系数的热敏电阻也称为 热敏电阻 大多都具有很 的负电阻温度系数 当温度升高时 其电阻值随之 二 判断题1 半导体热敏电阻常用做温度传感器 这是因为温