项目二温度检测

1、 热电偶传感器是一种自发电式传感器，测量时热电偶传感器是一种自发电式传感器，测量时不需要外加电源，直接将被测量转换成电势输出。不需要外加电源，直接将被测量转换成电势输出。使用十分方便，常被用作测量炉子、管道内的气使用十分方便，常被用作测量炉子、管道内的气体或液体的温度及固体的表面温度。它的测温范体或液体的温度及固体的表面温度。它的测温范围很广，常用的热电偶测温范围为围很广，常用的热电偶测温范围为505016001600，某些特殊热电偶最低可测，某些特殊热电偶最低可测270270，最，最高可达高可达28002800。 任务一 轧钢炉的温度检测 接线盒引出线套管不锈钢保护套管热电偶工作端固定螺纹普

2、通装配型热电偶的外形 任务一 轧钢炉的温度检测各种铠装型热电偶 任务一 轧钢炉的温度检测各种防爆型热电偶 任务一 轧钢炉的温度检测（a）普通热电偶；（b）铠装热电偶接 线 盒固 定 装 置B-B金 属 导 管绝 缘 材 料热 电 极A放 大ABB热电偶的结构热电偶的结构 任务一 轧钢炉的温度检测标准型热电偶及基本特性 任务一 轧钢炉的温度检测（二）热电偶工作原（二）热电偶工作原理理一、热电效应：一、热电效应： 由两种不同成分由两种不同成分的导体组成一个闭合的导体组成一个闭合回路，当闭合回路的回路，当闭合回路的两个接点分别置于不两个接点分别置于不同的温度场中，回路同的温度场中，回路中产生一个方向

3、和大中产生一个方向和大小与导体的材料及两小与导体的材料及两接点的温度有关的电接点的温度有关的电动势，这种效应称为动势，这种效应称为“热电效应热电效应”，或称，或称温差电效应。温差电效应。 热电偶的基本工作原理演示 任务一 轧钢炉的温度检测1热电偶：导体A、B组成的回路。2热电极：两种导体A、B。3热电势：闭合回路中的电势。4测量端（工作端、热端）：置于被测温度（T）中。5参考端（自由端、冷端）：置于恒定温度（T0）中。 任务一 轧钢炉的温度检测（三）热电偶的基本定律（三）热电偶的基本定律一、均质导体定律：一、均质导体定律： 如果热电偶回路中的两个热电极材料相同，无论两如果热电偶回路中的两个热电

4、极材料相同，无论两接点的温度如何，热电偶回路内的总热电动势均为零。接点的温度如何，热电偶回路内的总热电动势均为零。 实际应用可以用来测什么？ 任务一 轧钢炉的温度检测二、中间导体定律：二、中间导体定律： 在热电偶在热电偶A A、B B回路中接入第三种导体回路中接入第三种导体C C，只要第三种导体的两接点温度相同，则回只要第三种导体的两接点温度相同，则回路中总的电动势不变。路中总的电动势不变。在回路中接入各种仪表，会不会影响回路的电动势？ 任务一 轧钢炉的温度检测三、标准电极定律：三、标准电极定律： 如果两种导体如果两种导体A A、B B分别与第三种导体分别与第三种导体C C组成的热电偶的热电动

5、势已知，则由这组成的热电偶的热电动势已知，则由这两种导体组成的热电偶的热电动势也就已两种导体组成的热电偶的热电动势也就已知。知。应用：测得各种 金属与纯铂组成的热电动势，则各种金属相互组成的热电偶的热电动势也可知。 任务一 轧钢炉的温度检测四、中间温度定律：四、中间温度定律： 热电偶在两接点温度热电偶在两接点温度T T、T0T0时的热电动势时的热电动势等于该热电偶在接点温度为等于该热电偶在接点温度为T T、TnTn和和TnTn、T0T0时的相应热电动势的代数和。时的相应热电动势的代数和。 任务一 轧钢炉的温度检测 任务一 轧钢炉的温度检测 如下图所示，将热电偶的热端插入炉内检测轧钢炉的温度如下

6、图所示，将热电偶的热端插入炉内检测轧钢炉的温度T，冷端通过补偿导线与测量仪表的输入铜导线相连，并插入冰瓶，冷端通过补偿导线与测量仪表的输入铜导线相连，并插入冰瓶，保证保证T00，此时通过测量仪表测得的热电势即可确定炉内的实，此时通过测量仪表测得的热电势即可确定炉内的实际温度。假如冷端温度际温度。假如冷端温度T0不能保证为不能保证为0，则须进行计算修正。，则须进行计算修正。 测量轧钢炉的温度示意图 任务一 轧钢炉的温度检测热电偶的选择、安装使用和校验：热电偶的选择、安装使用和校验： 热电偶的选用应该根据被测介质的温度、压力、介热电偶的选用应该根据被测介质的温度、压力、介质性质、测温时间长短来选择

7、热电偶和保护套管。质性质、测温时间长短来选择热电偶和保护套管。安装点要代表性，安装方法要正确。一般将热电偶安装点要代表性，安装方法要正确。一般将热电偶安装在管道的中心线位置上，并使热电偶测量端面向流安装在管道的中心线位置上，并使热电偶测量端面向流体，使测量端充分与被测介质接触，提高测量准确性，体，使测量端充分与被测介质接触，提高测量准确性，尽可能测得介质的真实温度。尽可能测得介质的真实温度。为保证测温精度，热电偶要定期校验。校验的方法为保证测温精度，热电偶要定期校验。校验的方法是用标准热电偶与被校验热电偶在同一校验炉或恒温水是用标准热电偶与被校验热电偶在同一校验炉或恒温水槽中进行比对。槽中进行

8、比对。 任务一 轧钢炉的温度检测热电偶测温误差原因：热电偶测温误差原因：1. .热电偶的非均匀性分度误差：由于热电偶热电偶的非均匀性分度误差：由于热电偶材料粗细不均匀或不纯等原因，使热电偶材料粗细不均匀或不纯等原因，使热电偶温差电特性与统一的分度表有一定的误差。温差电特性与统一的分度表有一定的误差。2.2.冷端不为零。冷端不为零。3.3.热电偶长期处于高温环境下已氧化变质。热电偶长期处于高温环境下已氧化变质。4.4.各连接点接触不良。各连接点接触不良。 任务一 轧钢炉的温度检测 热电阻是利用导体的电阻率随温度变化这热电阻是利用导体的电阻率随温度变化这一物理现象来测量温度的。热电阻主要用于工一物

9、理现象来测量温度的。热电阻主要用于工业测温，它具有灵敏度高，稳定性、互换性好，业测温，它具有灵敏度高，稳定性、互换性好，精度高。但它需要外加电源，测量温度不能太精度高。但它需要外加电源，测量温度不能太高，主要用于中、低温度（高，主要用于中、低温度（200200650650）范围的温度测量。范围的温度测量。 任务二 管道温度检测铂热电阻结构图1-金属保护套管；2-热电阻元件；3-绝缘材料；4-引线 任务二 管道温度检测（a）普通铂热电阻 （b）小型铂热电阻 任务二 管道温度检测（c）防爆型铂热电阻 （d）铜热电阻 任务二 管道温度检测常用热电阻的主要技术性能 任务二 管道温度检测实施实施实际应用

10、中，热电阻安装在生产环境中，感受被测介实际应用中，热电阻安装在生产环境中，感受被测介质的温度变化，而测量电阻的电桥通常作为信号处理器或质的温度变化，而测量电阻的电桥通常作为信号处理器或显示仪表的输入单元，随相应的仪表安装在控制室。热电显示仪表的输入单元，随相应的仪表安装在控制室。热电阻作为电桥的一个桥臂，其连接导线也就成为桥臂电阻的阻作为电桥的一个桥臂，其连接导线也就成为桥臂电阻的一部分，并随环境温度的变化而变化，由于热电阻很小，一部分，并随环境温度的变化而变化，由于热电阻很小，连接导线阻值的变化给测量带来了较大的误差。为此，工连接导线阻值的变化给测量带来了较大的误差。为此，工业上常采用三线制

11、接法，如下图所示。热电阻的两根引线业上常采用三线制接法，如下图所示。热电阻的两根引线的电阻值被分配在两个相邻的桥臂中，若的电阻值被分配在两个相邻的桥臂中，若r1=r2,r1=r2,则由环境则由环境温度变化引起的引线电阻值的变化造成的误差将相互抵消。温度变化引起的引线电阻值的变化造成的误差将相互抵消。 任务二 管道温度检测热电阻的测量电路（a）r3接检流计 （b）r3接电源回路 任务二 管道温度检测 数字节能电冰箱中有四个感温探头，数字节能电冰箱中有四个感温探头，其中两个感温探头感测冷藏室上部和下其中两个感温探头感测冷藏室上部和下部温度，另一个感温头感测冷冻室温度，部温度，另一个感温头感测冷冻室

12、温度，还有一个位于台面的感温头感测环境温还有一个位于台面的感温头感测环境温度。通过四个探头感测到环境、冷藏、度。通过四个探头感测到环境、冷藏、冷冻的温度，再传输到控制系统进行处冷冻的温度，再传输到控制系统进行处理，根据结果精确控制电冰箱的工作。理，根据结果精确控制电冰箱的工作。 任务三 电冰箱温度检测热敏电阻的工作原理热敏电阻的工作原理 半导体材料的电阻率温度系数有从（半导体材料的电阻率温度系数有从（1 16 6）/6060/范围内的各种数值，它为金属范围内的各种数值，它为金属材料的温度系数的材料的温度系数的1010100100倍。热敏电阻就是利倍。热敏电阻就是利用半导体材料的电阻值随温度的变

13、化而显著变用半导体材料的电阻值随温度的变化而显著变化的这一特性制成的测温传感器。热敏电阻测化的这一特性制成的测温传感器。热敏电阻测温范围在温范围在5050350350。它具有灵敏度高；热。它具有灵敏度高；热惯性小，反应速度快；体积小，使用方便；制惯性小，反应速度快；体积小，使用方便；制作简单，价格低廉，易于大批量生产等优点。作简单，价格低廉，易于大批量生产等优点。 任务三 电冰箱温度检测热敏电阻的外形结构及符号）圆片型 b）柱型 c）珠型 d）铠装型 e）厚膜型 f）图形符号1-热敏电阻；2-玻璃外壳；3-引出线；4-紫铜外壳；5-传热安装孔 任务三 电冰箱温度检测各种热敏电阻的外形图 任务三

14、 电冰箱温度检测各种热敏电阻的外形图 任务三 电冰箱温度检测热敏电阻的分类热敏电阻的分类温度系数 负指数型负突变型（CTR） 负温度系数热敏电阻（NTC）正温度系数的热敏电阻（PTC） 线性型突变型 任务三 电冰箱温度检测各种热敏电阻的特性pn结温度特性演示基本工作原理演示 任务三 电冰箱温度检测一、负温度系数热敏电阻一、负温度系数热敏电阻NTCNTC： 电阻率电阻率随着温度的增加比较均匀的减小的热随着温度的增加比较均匀的减小的热敏电阻。主要用于温度测量和补偿，测温范围一敏电阻。主要用于温度测量和补偿，测温范围一般为般为5050350350，温度系数为（，温度系数为（1 16 6）/。应用负温

15、度系数热敏电阻器（NTC）一般用于各种电子产品中作微波功率测量、温度检测、温度补偿、温度控制及稳压用，选用时应根据应用电路的需要选择合适的类型及型号。 任务三 电冰箱温度检测二、正温度系数热敏电阻二、正温度系数热敏电阻PTCPTC：一种新型的测温器件，温度变化与电阻一种新型的测温器件，温度变化与电阻率变化之间呈线性关系。率变化之间呈线性关系。应用正温度系数热敏电阻器（PTC）一般用于电冰箱压缩机起动电路、彩色显像管消磁电路、电动机过电流过热保护电路、限流电路及恒温电加热电路。 任务三 电冰箱温度检测三、三、PTCPTC（突变）、（突变）、CTRCTR热敏电阻：热敏电阻：电阻率随着温度的变化而变

16、化，当超过某一温度值时，电阻率发生急剧变化的热敏电阻，具有开关特性。在某一较窄温度范围内做温度控制开关或监测，应选用哪一种？ 任务三 电冰箱温度检测冰箱冷藏室的温度范围一般在冰箱冷藏室的温度范围一般在001010；冷冻室温度范围在冷冻室温度范围在003030；环境温度在；环境温度在10104040。结合热敏电阻的相关知识，可选用。结合热敏电阻的相关知识，可选用负温度系数热敏电阻负温度系数热敏电阻NTCNTC作为测温传感器。作为测温传感器。 由于热敏电阻的热电特性具有非线性，因此在由于热敏电阻的热电特性具有非线性，因此在选用时，要挑选在使用温度范围内线性变化，且寿选用时，要挑选在使用温度范围内线

17、性变化，且寿命长，不易损坏的热敏电阻。在一些场合，要外加命长，不易损坏的热敏电阻。在一些场合，要外加线性化电路或通过查表，才能得到准确的温度值。线性化电路或通过查表，才能得到准确的温度值。 任务三 电冰箱温度检测由于热敏电阻的灵敏度高，阻值变化大，可直接用下图所示电路进行控制显示 。热敏电阻温度控制电路 任务三 电冰箱温度检测变频空调有多个感温探头，一个安装在空调器室内蒸发器进风口上，用于检测室内环境温度；一个安装在室内蒸发器管道上，直接与盘管接触，用于检测制冷系统蒸发温度；一个安装在室外散热器上，用于检测室外环境温度；一个安装在室外散热器盘管上，用于检测室外管道温度；还有一个安装在室外压缩机

18、上，用于检测压缩机排气管温度。多个感温探头精确检测到的温度送入控制器处理后，可精确控制空调的运行。 任务四 空调器的温度检测集成温度传感器是将温度敏感元件和放大、运算及补偿电路采用微电子技术和集成工艺集成在一片芯片上，从而构成集测量、放大、电源供电回路于一体的高性能温度传感器，又称温度IC 任务四 空调器的温度检测集成温度传感器 模拟集成温度传感器数字集成温度传感器 集成温度传感器测温精度高、重复性好、线性优、体积小、响应速度快、输出阻抗低，与数字电路可直接连接。工作温度范围较窄（55150）。集成温度传感器的分类 任务四 空调器的温度检测空调温度传感器外形图 任务四 空调器的温度检测 AD5

19、90是电流输出型集成温度传感器，其输出电流与环境绝对温度成正比，可直接制成绝对温度仪。它有I、J、K、L、M等五档型号。其系列产品的外形及符号如图所示。它共有三个管脚：1脚为正极，2脚为负极，3脚接管壳。使用时将3脚接地，可起屏蔽作用。 任务四 空调器的温度检测1测温范围：55150；图2-29 AD590系列产品的外形及符号2非线性：I：3；J：1.5；K：0.8；L：0.4；M：0.3；3二端器件：电压输入，电流输出；4额定温度系数：K；5额定输出电流（25）：298.2；6最大正向电压：44V；7最大反向电压：20V。AD590系列集成温度传感器外形图系列集成温度传感器外形图 任务四 空

20、调器的温度检测AD590是一种电流型的温度传感器，它具有较强的抗干扰能力，特别适用于远距离温度测量和控制。 AD590电流电压转换电路 任务四 空调器的温度检测AN6701SAN6701S集成温度传感器集成温度传感器它是电压输出型集成温度传感器，其输出电压与环境绝对温度成正比。 任务四 空调器的温度检测 电阻RC用来调整25下的输出电压，使其等于5V，RC的阻值在330k范围内。这时灵敏度可达109110mV/，在-1080范围内，RC的值与输出特性的关系如右图。AN6701S有很好的线性，非线性误差不超过0.5%。若在25时借助RC将输出电压调整到5V，则RC的值约在330k间，相应的灵敏度

21、为109110mV/。校准后，在-1080范围内，基本误差不超过1。 AN6791S输入特性 任务四 空调器的温度检测三、主要特性：三、主要特性：1工作温度范围：10802非线性：0.53灵敏度：（105114）mV/4额定输出电流：1005工作电压范围：5V15V 任务四 空调器的温度检测空调器的控温范围为1630，各测温探头的测温范围在1050之间。在这样的测温范围下，用热敏电阻固然可以，但用集成温度传感器，它的检测精度更高，线性更好，外围器件很少，结合集成温度传感器的相关知识，可选用AN6701S型集成温度传感器作为空调测温传感器。 任务四 空调器的温度检测 AN6701SAN6701S

22、集成温度传感器的接线方式集成温度传感器的接线方式 接线方式有如下图所示的三种：正电源供电（图a）、负电源供电（图b）和输出极性倒置（图c）。由实验得出：环境温度为20时，当RC1K时，AN6701S的输出电压为3.189V；当RC10K时，AN6701S的输出电压为4.792V；当RC100K时，AN6701S的输出电压为6.175V。因此，对于检测一般环境温度，AN6701S只要适当调整RC，可省去后续放大器，直接输出 。 任务四 空调器的温度检测AN6701S集成温度传感器接线图 任务四 空调器的温度检测 任务四 空调器的温度检测汽车空调温度传感器 任务四 空调器的温度检测非接触式温度检测

23、在工业生非接触式温度检测在工业生产中的高温检测、民用、医疗等产中的高温检测、民用、医疗等方面中得到了广泛地应用。方面中得到了广泛地应用。非接触温度感测器可以测量非接触温度感测器可以测量所有目标物体释放的红外能量，所有目标物体释放的红外能量，具有响应快的特点。通常被用于具有响应快的特点。通常被用于测量移动和间歇性目标，真空状测量移动和间歇性目标，真空状态下的目标，由于恶劣环境空间态下的目标，由于恶劣环境空间限制以及安全威胁无法由人接触限制以及安全威胁无法由人接触的目标。的目标。工业生产中温度检测 任务五 非接触式体温检测红外辐射红外辐射 任何物体只要在绝对零度以上时，因其内部带电粒子的运任何物体

24、只要在绝对零度以上时，因其内部带电粒子的运动，会以一定波长电磁波的形式向外辐射能量，只是在低温段动，会以一定波长电磁波的形式向外辐射能量，只是在低温段的辐射能量很弱。常温下，自然界的所有物体都是红外辐射的的辐射能量很弱。常温下，自然界的所有物体都是红外辐射的发射源，只是红外辐射的波长不同。例如，人体温度发射源，只是红外辐射的波长不同。例如，人体温度3737，红，红外辐射波长为外辐射波长为910910mm（属远红外区）；（属远红外区）；400400700700物体的物体的红外辐射波长为红外辐射波长为3535mm（属中红外区）。非接触式测温传感（属中红外区）。非接触式测温传感器就是利用物体的辐射能

25、量随温度而变化的原理制成的。器就是利用物体的辐射能量随温度而变化的原理制成的。红外检测器将吸收的辐射转化为热能，提高检测器的温度。红外检测器将吸收的辐射转化为热能，提高检测器的温度。并把温度变化数据转化成电子信号，放大显示出来。红外检测并把温度变化数据转化成电子信号，放大显示出来。红外检测器可以在短时间内远距离测量温度，在某些情况下非常实用。器可以在短时间内远距离测量温度，在某些情况下非常实用。 任务五 非接触式体温检测电磁波波谱图 任务五 非接触式体温检测红外辐射的物理本质是热辐射。红外辐射和红外辐射的物理本质是热辐射。红外辐射和所有电磁波一样，是以波的形式在空间直线传播所有电磁波一样，是以

26、波的形式在空间直线传播的。它在真空中的传播速度与光在真空中的传播的。它在真空中的传播速度与光在真空中的传播速度相同为速度相同为3 3108m/s108m/s。传播时，由于散射、吸收作用，辐射在传输传播时，由于散射、吸收作用，辐射在传输过程中逐渐衰减。仅在过程中逐渐衰减。仅在2 22.62.6mm、3 35 5mm和和8 81414mm三个波段能较好地穿透大气层。因此这三个波段能较好地穿透大气层。因此这三个波段称为三个波段称为“大气窗口大气窗口”，一般红外传感器都，一般红外传感器都工作在这三个波段。工作在这三个波段。 任务五 非接触式体温检测红外传感器红外传感器红外传感器也称红外传感器也称红外探

27、测器，能把红红外探测器，能把红外辐射转换成电量变外辐射转换成电量变化的装置。化的装置。红外传感器红外热敏探测器红外光电探测器防盗报警器工作原理演示 任务五 非接触式体温检测一、红外热敏探测器一、红外热敏探测器工作原理：工作原理：利用红外辐射的热效应制成的，探测器的利用红外辐射的热效应制成的，探测器的敏感元件为热敏元件，它吸收辐射后引起温度升高，敏感元件为热敏元件，它吸收辐射后引起温度升高，进而使有关物理参数发生相应变化，通过测量物理参进而使有关物理参数发生相应变化，通过测量物理参数的变化，便可确定探测器所吸收的红外辐射。数的变化，便可确定探测器所吸收的红外辐射。红热敏探测器热释电型热敏电阻型热

28、电阻型气体型 任务五 非接触式体温检测红外热电传感器结构图（a）结构 （b）内部电路 任务五 非接触式体温检测二、红外光电探测器二、红外光电探测器又称光子探测器，它利用入射红外辐射又称光子探测器，它利用入射红外辐射的光子流与探测器材料中的电子相互作用，的光子流与探测器材料中的电子相互作用，改变电子的能量状态，引起各种电学现象改变电子的能量状态，引起各种电学现象（这一过程也称为光子效应）。常用的光子（这一过程也称为光子效应）。常用的光子效应有光电效应、光生伏特效应、光电磁效效应有光电效应、光生伏特效应、光电磁效应和光导效应。通过测量材料电子性质的变应和光导效应。通过测量材料电子性质的变化，可以知道红外辐射的强弱。化，可以知道红外辐射的强弱。 任务五 非接触式体温检测PbS红外光敏元件结构图 ZnSb红外光敏元件结构图 任务五 非接触式体温检测红外测温仪方框图 任务五 非接触式体温检测热敏探测器与光子探测器的性能比较热敏探测器与光子探测器的性