《传感器技术与应用》项目二温度测量

《传感器技术与应用》项目二温度测量第一页，共43页。任务一

使用金属热电阻测量温度任务导入实验结果表明，细铜丝的电阻值是随着温度变化而变化的，从分子运动学观点来看，当导体温度上升时，由于导体内部分子无规则的热运动加剧，而电荷的定向移动受阻，因而电阻值增大；反之，则电阻值减少。这种特性称正温度特性，大多数金属导体均具有正温度特性，热电阻测温就是利用金属导体的这种特性来实现的。使用万用表，在不同温度环境下测量一段细铜导线的电阻值。可以得到金属导体的温度特征。

第二页，共43页。任务一

使用金属热电阻测量温度一、观察和了解热电阻热电阻外形及结构图图2-3铜热电阻结构示意图几种铂热电阻结构示意图第三页，共43页。任务一

使用金属热电阻测量温度二、金属热电阻原理及特性常用热电阻材料特性第四页，共43页。任务一

使用金属热电阻测量温度二、金属热电阻原理及特性

铂热电阻主要用于高精度的温度测量和标准测温装置。铂热电阻性能非常稳定，测量精度高，但是价格比较昂贵。

铜热电阻价格便宜，易于提纯。在测温范围内，线性较好，电阻温度系数比铂热电阻高，但是电阻率比铂热电阻小，在温度稍高时，易于氧化。铜热电阻测温范围比较窄，体积较大，所以适用于对测量精度和敏感元件尺寸要求不高的场合。

镍热电阻的电阻温度系数较高，电阻率较大，但是易氧化，化学稳定性差，不易提纯，非线性较大，因此目前应用不多。

铂热电阻和铜热电阻目前都已经标准化和系列化，选用方便。第五页，共43页。任务一

使用金属热电阻测量温度三、金属热电阻的结构形式装配式热电阻由感温元件（金属电阻丝）、支架、引出线、保护套以及接线盒等基本部分组成，广泛地应用于工业现场测温。装配式热电阻

第六页，共43页。任务一

使用金属热电阻测量温度三、金属热电阻的结构形式在化工厂和其他生产现场，常伴随有各种易燃、易爆等化学气体以及蒸汽等，必须使用隔爆式热电阻。隔爆式热电阻第七页，共43页。任务一

使用金属热电阻测量温度三、金属热电阻的结构形式铠装式热电阻由金属保护管、绝缘材料和感温元件组成。感温元件用细铂丝绕在陶瓷或玻璃骨架上制成。外形柔软易弯，常用于狭窄、弯曲部分的测量。铠装式热电阻第八页，共43页。任务一

使用金属热电阻测量温度三、金属热电阻的结构形式薄膜式热电阻主要用于平面物体的表面温度和动态温度的检测，也可部分代替线绕型铂热电阻用于测温和控温。具有热容量小、反应快的特点。薄膜式热电阻第九页，共43页。任务一

使用金属热电阻测量温度四、金属热电阻测量电路两线式用于不需要较高精度且测温热电阻与检测仪表距离较近的场合；三线式可以减小热电阻与测量仪表之间连接导线的电阻因环境温度变化所引起的测量误差；四线式不仅可以消除热电阻与测量仪表之间连接导线电阻的影响，而且可以消除测量线路中寄生电势引起的测量误差，多用于标准计量和实验室。第十页，共43页。任务一

使用金属热电阻测量温度四、金属热电阻测量电路常用的热电阻三线制电桥电路第十一页，共43页。任务一

使用金属热电阻测量温度实践操作热电阻与温度显示仪表的连接按照说明书，将热电阻与显示仪表连接，观察指示值与环境温度是否一致，并体会三线制接线的必要性。热电阻测温电桥

热电阻的三线制接线第十二页，共43页。任务二使用热电偶测量温度任务导入制作简易热电偶实验方法（1）将漆包铜丝和康铜丝两端长约10mm部分用砂纸打磨光亮，除去漆包绝缘层和氧化层。（2）将上述两段金属丝的一端互相绞紧连接，把多余端头剪去，如图2-13所示，这样就制成了一个可以临时使用的简易热电偶。（3）将数字万用表拨至DC200mV档后接热电偶，读取此时的电压值。（4）用酒精灯加热热电偶的工作端（绞紧连接点），观察数字万用表电压显示值的变化，如图2-14所示。（5）将酒精灯逐渐远离热电偶，观察记录电压数值。第十三页，共43页。任务二使用热电偶测量温度一、热电偶的分类与结构1.普通装配式热电偶热电偶结构示意图装配式热电偶此种热电偶主要用于测量容器或管道内的气体、蒸汽、液体等温度。第十四页，共43页。任务二使用热电偶测量温度一、热电偶的分类与结构2.铠装式热电偶铠装式热电偶又称缆式热电偶，它是将热电极、绝缘材料连同保护管一起拉制成型、经焊接密封和装配工艺制成坚实的组合体。第十五页，共43页。任务二使用热电偶测量温度一、热电偶的分类与结构3.薄膜热电偶薄膜热电偶是由两种金属薄膜连接而成的一种特殊结构热电偶，它的测量端既小又薄，热容量很小，动态响应快，可以用于微小面积上的温度测量及快速变化的表面温度测量。第十六页，共43页。任务二使用热电偶测量温度一、热电偶的分类与结构

标准化热电偶特性第十七页，共43页。任务二使用热电偶测量温度一、热电偶的分类与结构

我国常用的热电偶技术特性第十八页，共43页。任务二使用热电偶测量温度二、热电偶的冷端温度补偿1.补偿导线法采用补偿导线法，将热电偶延伸到温度恒定或温度波动较小处。为了节约贵重金属，电偶的电极不能做得很长，在0~100℃范围内，可以用于热电偶电极有相同热电特性的廉价金属制作或补偿导线来延伸热电偶，如图所示。第十九页，共43页。任务二使用热电偶测量温度二、热电偶的冷端温度补偿

常用热电偶补偿导线第二十页，共43页。任务二使用热电偶测量温度二、热电偶的冷端温度补偿2.冷端温度补偿的方法冷端恒温法第二十一页，共43页。任务二使用热电偶测量温度二、热电偶的冷端温度补偿仪表机械调零

冷端补偿器第二十二页，共43页。任务二使用热电偶测量温度实践操作万用表中的热电偶根据实验室条件，选择一种或两种带温度测量功能的数字万用表。使用万用表测量室内温度，并与其他温度计的读数比较。观察测温附件，注意热电偶丝的结构和封装方式。试试看能否找到热电偶的工作端焊接点。第二十三页，共43页。任务三使用热敏电阻式传感器测量温度任务导入了解热敏电阻的温度特性实验方法（1）将数字万用表调至R×200kΩ档位，在室温下测量热敏电阻的阻值，并记录下来。（2）将饮料软管的一端夹扁，用电烙铁封口，然后将焊好细软引出线的热敏电阻放入饮料吸管，直至吸管的封口底部。吸管的另一端与引线用不干胶封固或细线扎紧。（3）在室温下，测量热敏电阻的阻值，并读取室内水银温度计指示的室温。记录室温值和室温下热敏电阻的阻值。（4）将内置热敏电阻的吸管封口端用手心捂住加热，一分钟以后测定其阻值并记录数据。（5）将内置热敏电阻的吸管封口端放入100℃沸水中，过半分钟左右测定其阻值并记录数据。第二十四页，共43页。任务三使用热敏电阻式传感器测量温度

一、热敏电阻的结构常见热敏电阻外形第二十五页，共43页。任务三使用热敏电阻式传感器测量温度二、热敏电阻的类型1.按温度特性分类按照电阻值与温度变化的规律、热敏电阻分成三大类型：负温度系数型（NTC）、临界负温度系数热敏电阻（CTR）以及正温度系数型（PTC）第二十六页，共43页。任务三使用热敏电阻式传感器测量温度二、热敏电阻的类型负温度系数：缓变型（曲线1）开关型（曲线2）正温度系数：缓变型（曲线4）突变型（曲线3）第二十七页，共43页。任务三使用热敏电阻式传感器测量温度二、热敏电阻的类型2.按材料分类

热敏电阻按材料一般分为陶瓷、塑料、金刚石、单晶、非晶热敏电阻等。3.按工作温度范围分类1）低温热敏电阻：工作温度范围＜－55℃；2）常温热敏电阻：工作温度范围为－55℃~＋315℃；3）高温热敏电阻：工作温度范围＞315℃。第二十八页，共43页。任务三使用热敏电阻式传感器测量温度三、热敏电阻的应用1.热敏电阻在电冰箱上的应用PTC在电冰箱起动电路中的应用

PTC热敏电阻使用于电冰箱起动电路中，控制起动绕组的工作状态，使电冰箱压缩机正常起动。第二十九页，共43页。任务三使用热敏电阻式传感器测量温度三、热敏电阻的应用2.热敏电阻在电视机上的应用彩色电视机开机通电后，消磁回路产生一个很大的电流，同时产生一个很强的交变磁场。由于电路中PTC热敏电阻的作用，这一强交变磁场场可在相当短的时间内衰减到极弱的程度。随着回路电流由大变小，磁场则由强变弱，从而自动将彩色显像管阴罩、防爆带等铁制件上的剩磁消掉，保证了彩色显像管的色纯度。

第三十页，共43页。任务三使用热敏电阻式传感器测量温度三、热敏电阻的应用3.热敏电阻在测温电路中的应用热敏电阻测量温度原理图第三十一页，共43页。任务三使用热敏电阻式传感器测量温度三、热敏电阻的应用4.热敏电阻在流量测量中的应用利用热敏电阻测量管道流量的原理是基于流体流速与散热的关系，用热敏电阻桥式电路测量管道流量的方法是用两个特性完全相同的热敏电阻Rt1和Rt2，分别置于管道和不受介质流速影响的小室中，介质静止时电桥调平衡，输出电压为零；介质流动时，带走Rt1上的热量，使Rt1温度降低，阻值随之变化，电桥失去平衡，输出电压值与介质流速有关，最后用相关公式折算成流量值。第三十二页，共43页。任务三使用热敏电阻式传感器测量温度实践操作设计制作一个半导体热敏电阻温度计制作步骤（1）选取热敏电阻，如型号是RRC6型的小型热敏电阻，查相关手册中对应型号分度表，找出0℃和100℃所对应的电阻值。可以根据自身条件，采用能了解其相关分度表的其他型号的NTC热敏电阻，也可以采用制造冰水混合物（0℃）与沸水（100℃）的温度环境，测出热敏电阻在此环境下对应的电阻值。（2）将选取的热敏电阻和R4接在如图2-35所示的电桥支臂中，图中检流计用50μA的微安表，R3为电阻箱，取R1=R2≈4kΩ，毫安表量程可取5mA，电桥中电流不要超过3mA。（3）把热敏电阻放在暖水瓶中，注意连接导线的绝缘保护，向瓶中放入冰水混合物，然后使用0.5℃分度值的水银温度计测量水温，使其达到0℃。（4）接通电桥电源，调节RP，使毫安表读数不大于1mA，再调节R3，使电桥平衡（S2接到Rt上），此时记下R3值与热敏电阻分度表上的数值做对比。（5）逐步提高水温，在记下水温的同时，记下微安表的数值，在温度接近沸点时，要放慢节奏，防止微安表过载，同时检验热敏电阻在100℃时的电阻值。第三十三页，共43页。任务四

使用集成温度传感器测量温度任务导入认识典型集成温度传感器AD590集成温度传感器

LM35集成温度传感器第三十四页，共43页。任务四

使用集成温度传感器测量温度

一、集成温度传感器的基本性能

集成温度传感器是将温敏元件及其电路集成在同一芯片上的集成化温度传感器，使用时只需很少的外围元器件，即可制成温度检测仪表。这种传感器最大的优点是直接给出正比于绝对温度的理想的线性输出，且体积小、响应快、测量精度高、复现性好、稳定性好、校准方便、成本低廉，缺点是测温范围仅为－80℃~＋150℃，广泛用于温度检测、控制、补偿等场合。第三十五页，共43页。任务四

使用集成温度传感器测量温度二、电流输出型温度传感器

电流输出型温度传感器的特点是：输出电流只随温度变化，准确度高，一般以0K为零点，温度系数为1μA/K，适合于远距离测量。典型的器件有AD590。第三十六页，共43页。任务四

使用集成温度传感器测量温度三、电压输出型温度传感器电压输出型集成温度传感器的特点是输出电压只随温度变化，输出阻抗低，易于和控制电路接口，可直接用于温度监测。电压输出型一般以0℃为零点，温度系数为10mV/℃。典型的器件有LM35。第三十七页，共43页。任务四

使用集成温度传感器测量温度四、频率输出式集成温度传感器

频率输出式集成温度传感器的特点是输出方波的频率与热力学温度成正比，频率温度系数的单位Kf是Hz/K，典型产品是MAX6677，以热力学温度定标，温度系数是4~1/16Hz/K。第三十八页，共43页。任务四

使用集成温度传感器测量温度五、周期输出式集成温度传感器

周期输出式集成温度传感器的特点是输出方波的周期与热力学温度成正比，周期温度系数KT的单位是μs/K，