传感器及检测技术教学设计6温度检测

1、项目五温度检测教学目的: 1、能认识各种温度传感器，了解温度传感器的分类和特性。2、能了解热电偶的工作原理。3、能掌握热电偶的冷端补偿方法。4、会使用热电偶分度表。5、了解热电阻、热敏电阻和集成温度传感器的特点、工作原理和测量电路。6、了解红外辐射的基本知识和特性。7、能理解各种温度传感器的应用电路。课型：新授课课时：5个项目，安排12个课时。教学重点：热电偶的外形结构、 种类和特性；热电偶工作原理；热电偶、热电极、热电势、测量端、参考端的概念；热电势的组成；热电偶的基本定律；热电阻 的主要技术性能；热电阻的工作原理，热敏电阻的分类； AD590系列集成温 度传感器。教学难点：热电偶的种类和特

2、性；热电偶工作原理；热电偶的基本定律；热电阻的主 要技术性能；热电阻的工作原理，热敏电阻的分类；AD590系列集成温度传感器的主要特性和引脚功能；红外探测器的分类和特点；描述热电偶的四个基 本定律和它们的实用价值；热电偶产生热电势的原因和条件是什么；简要描述 使用的测温传感器的原理、接线和注意事项等；用红外传感器设计一台防盗装 置，画出它的示意图，并说明工作原理教学过程:.教学形式：讲授课，教学组织采用课堂整体讲授和分组演示。.教学媒体：采用启发式教学、案例教学等教学方法。教学手段采用多媒体课件、视频等媒体技术。作业处理：完成项目后的思考题。板书设计：本课标题温度检测课次2授课方式理论课讨论课

3、口习题课其他口课时安排12学分共2分授课对象院系、专业：任课教师教学基本内容教学方法及教学手段课堂导入温度是表征物体冷热程度的物理量。在工农业生 产、科学研究和日常生活中，温度是需要测量和 控制的重要参数之一。从热平衡的观点来看，两个冷热程度/、同的物体 相互接触就会发生热交换，直到两个物体达到同 一温度，处于热平衡状态为止，此时这两个物体 的温度相等。从微观来看，温度的高低反映了物 体内部分子运动的平均动能大小。温度高，分子 动能大，运动剧烈；温度低，分子动能小，运动 缓慢。多以下形式：.衔接导入.悬念导入.情景导入.激疑导入.演示导入.实例导入.其他形式温度的数值表示方法称为温标。它规定了

4、温度的 读数的起点（即零点）以及温度的单位。各类温 度计的刻度均由温标确定。目前主要使用的温标 有摄氏温标、华氏温标、热力学温标和国际温标 等。温度传感器就是一种利用敏感元件的电磁参数随 温度变化而变化的特性来测量温度的装置。测量 温度的传感器很多，常用的有热电偶、热电阻、 热敏电阻、PN结测温集成电路和红外辐射测温传 感器等。其中将温度的变化转换为电势输出的温 度传感器为热电偶，将温度的变化转换为电阻输 出的温度传感器为热电阻。按热电阻材料性质的 不同，又分为金属热电阻和半导体热电阻两大 类，前者简称热电阻，后者的灵敏度比前者高十 倍以上，所以又称为热敏电阻。1 .本课程是机电一体化、 自动

5、控制、电气自动化、应 用电子等专业的一门专业课 程。要求学生能认识常用传 感器，掌握其工作原理、输 出特性、误差补偿，理解各 种测量转换电路，了解传感 器的殿型应用等知识，达到 能正确使用常用传感器的目 的。.检测技术的主要内容包 括了自动检测系统中的信息 提取、信息转换以及信息处 理。需要一定的测量理论、 测量方法，相应的测量工 具、装置，以及对测量结果 进行正确的处理分析。它涵 盖了传感器技术、误差理 论、测试计量技术、抗干扰 技术以及电量间的互相转换 技术等。.本课程教学内容的组织 与安排：由实例引入，按照“任务提出” “相关知 识” “任务实施” “其他案 例” “训练一下”几个部分

6、递进完成。采用任务引领的 项目课程教学，将检测技术 与传感器的技能和知识点融 入项目的工作任务之中，在 符合工作过程的基础上，充 分考虑了学习者的认知心理 过程，将课程内容划分为九电偶的外形如图54所示基本知识汇总任务一轧钢炉的温度检测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。 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 围很广，常用的热电偶测温范围为一50 1600 C,某些特殊热电偶最低可测-270高可达2800 C。它具有结构简单、制造方便、测 量范围广、精度高、惯性小和输出信号便于远传 等许多优点。

7、一、热电偶的外形结构、 种类和特性（一）常用热电偶的外形各种普通装配型热电偶的外形如图 52所示。各种 铠装型热电偶的外形如图53所示。各种防爆型热W(b)B 3 -5 娱也精妁点和(三)热电偶的分类1、热电偶的结构分类普通热电偶普通热电偶一般由热电极、绝缘套管、保护套管 和接线盒等几部分组成。常用于测量气体、蒸气 和各种液体等介质的温度。铠装热电偶铠装热电偶又称缆式热电偶，此种热电偶是将热 电极、绝缘材料连同保护管一起拉制成型，经焊 接密封和装配等工艺制成的坚实的组合体。可做得很细、很长，可弯曲，外径小到 13mm 。主 要特点是测量端热容量小、动态响应快、绕性个项目，再具化为多个工作 任务

8、的教学内容。从检测的 对象着手，选择合适的传感 器，通过认识该类传感器的 外形、性能指标，再到测量 原理的介绍，在掌握基本知 识的基础上，介绍相应的测 量转换电路、信号处理电 路，来完成该类检测任务。再安排一个训练，供学习者 在实践中掌握知识、提高技好、强度高2 热电偶的种类(1)标准型热电偶2、热电偶的种类标准型热电偶标准型热电偶是指国家标准规定了其热电势与温 度的关系、允许误差、并有相应分度表的热电 偶。非标准型热电偶非标准型热电偶的复现性差，没有统一的分度表，主要用于扩展高温和低温的测量以及特殊场 合的测量。二、热电偶工作原理（一） 热电效应由两种不同成分的导体组成一个闭合回路，当闭 合

9、回路的两个接点分别置于不同的温度场中，回 路中产生一个方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关的 电动势，这种效应称为“热电效应”，或称温差 电效应。由于这种效应是 1821年德国物理学家 赛贝克首先发现的，故又称为赛贝克效应。（二）几个概念1、热电偶导体A、B组成的回路称为热电偶。2、热电极两种导体A、B称为热电极。3、热电势闭合回路中的电势称为热电势。4、测量端置于被测温度（T）中的一端称为测量端，又称工 作端或热端。5、参考端置于恒定温度（T0）中的一端称为参考端，又称 自由端或冷端。（三）热电势的组成热电势由两种导体的接触电动势和单一导体的温差电动势两部分组成。1、接触电动势2、温差电

10、动势3、总电动势接触电动势与温差电动势之和为热电偶的总电势。三、热电偶的基本定律（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 两接点的温度如何，热电偶回路内的总热电动势 均为零。应用： 由于两相同的热电极材料间无自由电子 的扩散运动，总电动势为零，因此它可用于检查 热电极成分是否相同。（二）中间导体定律在热电偶A、B回路中接入第二种导体 C,如图 57所示，只要第三种导体的两接点温度相同，则 回路中总的电动势/、父。（三）标准电极定律如果两种导体A、B分别与第三种导体 C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知应用：测得各种金属与纯铝组成的

11、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了（四）中间温度定律热电偶在两接点温度T、T0时的热电动势等于该热电偶在接点温度为 T、Tn和Tn、T0 时的相应热电动势的代数和应用：为补偿导线的使用提供了理论依据。任务二管道温度的检测一热电阻的外形、结构及性能小博IM立乐安了MW静（二）热电阻的结构形式热电阻一般由测温元件（电阻体或电阻丝）、保护（三）热电阻的主要技术性能管和接线盒三部分组成,电阻尾 保衿“禁怅率1、热电阻材料的性能要求 电阻值的变化与温度的变化线性要好。电阻温度系数a要大且保持常数。a越大, 灵敏度越高，纯金属的 a比合金要高，所以一般 采用纯金属作为热电阻 电阻率P

12、要大。P越大，在相同灵敏度下, 热电阻体积越小，热惯性越小，反应速度越快。 在测温范围内，材料的物理、化学性能稳定。材料价格便宜，容易加工。2、常用热电阻的主要性能H #帕VHI11HEIN t一加V一，时附f 1配电用卡L L 归苗1 1-luiaalTg旧1匍串版愿聚口事 臼怖Ml PJ以 03 KG口孙 3H.司 ft1件，川Hlv见内，M T 叫tW，制收化学件物均U.n系ir 尸情-拉JN ）1内现性我郎.皮臬 nA-AMftil 舟懵也 KJMitiR. 聿小联大.在晤辄牝总 死件Ml,腐明空装WdlllMM. L* 野.无用恒t! fr热电阻的工作原理大多数金属在温度升高时，金属

13、内部原子品格的 振动加剧，从而使金属内部的自由电子通过金属 导体时的阻力增大，表现为电阻值增大。当温度 升高1C时，电阻值增加0. 4%0. 6%,热电 阻就是利用金属材料的电阻值随温度升高而增大 的这一特性来测量温度的。测温时，先将温度的 变化转换为电阻值的变化，由于阻值变化很小， 因此要通过后续的测量电桥再转换成电压信号送 至显示仪表显示或记录被测温度。任务三电冰箱温度检测一热敏电阻的外形结构及符号（一） 各种热敏电阻的外形（二）各种热敏电阻的外形结构及符号二、热敏电阻的工作原理半导体材料的电阻率温度系数有从（16） % /C60% / C范围内的各种数值，它为金属材料 的温度系数的101

14、00倍。热敏电阻就是利用半 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。三、热敏电阻的分类三热敏电阻的分类（一） 负温度系数热敏电阻NTC它是电阻率p随着温度的增加比较均匀地减小的 热敏电阻。主要用于温度测量和补偿，测温范围 一般为-50350 C ,温度系数为（16） % / C。（二）正温度系数热敏电阻PTC它是一种新型的测温器件，温度变化与电阻率变 化之间成线性关系。（三） PTC （突变）、CTR热敏电阻它是电阻率p随着温度的变化而变化，当超过某 一温度值时，电阻率发生急剧变化的热敏电阻。它具有开关特性，适用于在某一较窄温度范围内做温度控制开关或监测使用。任务四

15、空调器的温度检测（一）AD590的外形和符号AD590是电流输出型集成温度传感器，具输出电 流匕环境绝对温度成止比，可直接制成绝对温度 仪。它有I、J、K、L、M等五个型号。其系列产 品的外形及符号如图 532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。（二）主要特性 测温范围：一55150 C。非线性：I:3C；J：1. 5C；K:0. 8 CL：0. 4 C;M :0. 3 C。 一如命件：电压轴入，电流轴出。额定温度系数：1仙A/K。 额定输出电流（25 C ）298. 2仙A。最大正向电压：44V。最大反向电压：20V。（三）典型使用A

16、D590工作时，只要在其两端加上一定的工作电 压，它的输出电流就随温度及化而变化，具线性 电流输出为（二）主要特性 测温范围： 一55150 C。非线性： I:3C；J：1. 5C；K: 0. 8 CL：0. 4 C;M :0. 3 C。 二端器件：电压输入，电流输出。额定温度系数： 1仙A/K。 额定输出电流（25 C ）298. 2仙A。最大正向电压：44V。最大反向电压： 20V。（三）典型使用D590工作时，只要在其两端加上一定的工作电 压，它的输出电流就随温度变化而变化，具线性 电流输出为I仙A/K ,经电流电压转换电路输出 10mV/K 。由于AD590是一种电流型的温度传感 器，

17、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。二、 AN6701S集成温度传感器它是电压输出型集成温度传感器，具输出电压与 环境绝对温度成正比。（一）AN6701S集成温度传感器的外形AN6701S集成温度传感器的外形。W邺附VJJD 他W 却匚1Ve电穗也搬 01LL也睡愉IH3-捉 胆*值K用过*或0 O O 0V. U.讶口怦推风NCn - .71Hx 叶 l用（二）（三）引脚功能 主要特性 工作温度范围：1080 c非线性：0. 5C。灵敏度：105114 mV/C。额定输出电流： 100仙A工作电压范围：515V。任务五非接触式体温检测一、红外辐射红外线是位于可见光中红光

18、以外的光线，故称红 外线。其波长范围大致在 0. 751000 pm的频 谱范围之内，相对应的频率大致在3X 1011 ，4X 1014Hz 之间。红外线的特点：红外线易于产生，容易接收。红外线不能通过遮挡物。 红外线对环境无污染，对人、物无损害。功耗小，反应快。抗干扰能力强。采用红外发光二极管，结构简单，成本低。红外线调制简单，通过调制信号编码可实现 多路控制。Z二、红外探测器红外传感器一般由光学系统、探测器、信号调理 电路和显示单元等组成。红外探测器是红外传感 器的核心，它是一种辐射能转换器，用于将接收 到的红外辐射转换为便于测量或观察的电能、热 能等其他形式的能量。根据能量转换方式，红外

19、 探测器可分为红外热探测器和红外光子探测器两 类。（一） 红外热探测器（二）红外光子探测器红外光子探测器是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，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 性质的变化，可以知道红外辐射的强弱。（三）热探测器与光子探测器的性能比较热探测器对各种波长都能响应，光子探测器 只对一段波长区间有响应。热敏探测器不需要冷却，光子探测器需要冷 却。热敏探测器响应时间长。 光子探测器容易实现规格化。三、红外测温的特点温度是表示物体冷热程度的物理量，它是物质分 子运动平均动能大小的主要标志。温度的测量和 控制，在科