06-《传感器原理与应用》项目六

传感器原理与应用目录项目一

传感器的基础项目二

电阻式传感器项目三

电容式传感器项目四

电感式传感器项目五

磁电式传感器项目六热电式传感器项目七光电式传感器项目八声波式和辐射式传感器项目九其他传感器项目十传感器综合应用热电式传感器项目六客舱安全管理与应急处置签到扫码下载文旌课堂APP扫码签到（202X.X.XXXX:00至202X.X.XXXX:10）签到方式教师通过“文旌课堂APP”生成签到二维码，并设置签到时间，学生通过“文旌课堂APP”扫描“签到二维码”进行签到。。热电式传感器是一种能将温度变化转换为可用输出电信号的传感器。它利用测温敏感元件的电参数随温度变化的特性将温度变化转换为热电动势、电阻等的变化，再通过测量电路进行信号处理，从而达到温度测量的目的。热电式传感器广泛应用于家用电器、医疗仪器、火灾报警等诸多领域。项目导读项目导读第5页学习目标知识目标能够使用热电偶传感器测量温度能够使用铂热电阻式传感器测量温度技能目标养成脚踏实地、求真务实的工作作风弘扬科学严谨、精益求精的工匠精神素质目标掌握热电偶传感器敏感元件的结构和工作原理理解热电偶传感器的测量电路了解热电偶传感器的应用掌握热电阻式传感器敏感元件的结构和工作原理理解热电阻式传感器的测量电路了解热电阻式传感器的应用第6页目录任务一认识热电偶传感器任务二认识热电阻式传感器第7页任务一认识热电偶传感器学习目标任务工单本任务要求学生正确认识热电偶传感器，掌握热电偶传感器的结构、工作原理及应用。第9页任务引入思考：什么是热电偶传感器？它的工作原理是什么？？加热炉是材料加工中最常见的工业用炉，在工业生产中起着十分重要的作用。在加热炉的应用中，加热炉的温度是需要重点监测的物理量之一。10任务实施——使用热电偶传感器测量温度1．实施目的（1）掌握热电偶传感器测量温度系统的组成。（2）理解热电偶传感器测量温度的工作原理。2．实施器材热电偶传感器，温控电加热器，差动放大器，F/V表。第11页任务实施——使用热电偶传感器测量温度3．实施步骤将学生以3～5人为一组进行分组。各组按照以下步骤使用热电偶传感器测量温度。（1）旋开热电偶保护外套，观察热电偶的结构。（2）按如图所示连接测量电路。（3）接通电源，调节差动放大器电路调零旋钮，使F/V表显示为0，并记下室温。第12页任务实施——使用热电偶传感器测量温度3．实施步骤（4）将炉温设定为50℃左右，打开温控电加热器加热开关，观察F/V表显示值的变化，待数值稳定不变时记录下F/V表的读数。（5）继续将炉温提高到70℃、90℃、110℃、130℃，重复上述实验，观察热电偶传感器的测温性能。第13页任务实施——使用热电偶传感器测量温度4．任务评价评价项目评价标准满分实际得分教师评语技能操作正确认识热电偶的结构20

正确连接电路20

正确调试电路20

正确测量温度20参与程度认真参加活动，积极思考，主动与同学、指导教师进行交流，善于发现和解决问题10

职业素养具有团队协作精神和责任意识，具有一定的创新思维10

总分100

个人总结

第14页相关知识一、敏感元件热电偶传感器是利用热电偶基于热电效应将温度变化转换为可用输出电信号的传感器。热电偶是热电偶传感器的测温敏感元件。第15页相关知识一、敏感元件1．热电偶--结构形式（1）普通型热电偶组成工作原理热电极

绝缘套管

保护管

接线盒测量温度时，将测量端插入被测物体的内部第16页相关知识一、敏感元件1．热电偶--结构形式（1）普通型热电偶应用测量容器或管道内气体、流体等介质的温度第17页相关知识一、敏感元件1．热电偶--结构形式（2）铠装型热电偶（套管热电偶）组成优点热电极

绝缘材料金属套管接线盒测量端热容量小，动态响应快，机械强度高，挠性好，可安装在结构复杂的装置上第18页相关知识一、敏感元件1．热电偶--结构形式应用广泛用在许多工业场所中（2）铠装型热电偶（套管热电偶）第19页相关知识一、敏感元件1．热电偶--结构形式（3）薄膜型热电偶组成特点由两种薄膜热电极材料用真空蒸镀、化学涂层等方法蒸镀到绝缘基板上而制成的一种特殊热电偶热容量小、反应速度快、热响应时间短（微秒级）等特点第20页相关知识一、敏感元件1．热电偶--结构形式应用适用于微小面积上的表面温度测量及快速变化的动态温度测量。测量温度范围为-200～300℃。（3）薄膜型热电偶第21页相关知识一、敏感元件1．热电偶--标准化热电偶根据工业标准化的情况，热电偶分为标准化热电偶和非标准化热电偶。标准化热电偶是指国家已定型批量生产的热电偶，它具有良好的互换性，有统一的标准分度表，并按标准分度表生产与之相配的显示仪表。第22页相关知识热电偶名称正热电极负热电极分度号测温范围特点铂铑30-铂铑6铂铑30铂铑6B0～1

600℃

适用于氧化和惰性气氛中测温，其长期最高使用温度为1600℃，短期最高使用温度为1

700℃；稳定性好，测量温度高，参考端温度在0～40℃范围内可以不补偿铂铑10-铂铂铑10纯铂S0～1600℃

适用于氧化和惰性气氛中测温，其长期最高使用温度为1300℃，短期最高使用温度为1600℃；使用温度高，性能稳定，精度高；常用作标准热电偶第23页相关知识热电偶名称正热电极负热电极分度号测温范围特点镍铬-镍硅镍-铬

合金镍-硅K～1000℃

适用于氧化和中性气氛中测温；若外加密封保护管，还可以在还原性气氛中短期使用镍铬-铜镍镍-铬

合金铜-镍

合金E～900℃

适用于弱还原性或惰性气氛中测温，稳定性好，灵敏度高，价格低；但易氧化，高温时有滞后现象第24页相关知识一、敏感元件2．热电偶测温原--热电效应

第25页相关知识一、敏感元件2．热电偶测温原--热电效应

第26页相关知识一、敏感元件2．热电偶测温原--热电偶的基本定律（1）均质导体定律当闭合回路由一种均质导体材料构成时，不论该导体的截面积和长度如何，也不论各处的温度如何分布，闭合回路中都不会产生热电动势。如果仅由一种导体材料组成的闭合回路中存在热电动势，可验证此导体材料是非均质的。第27页相关知识一、敏感元件2．热电偶测温原--热电偶的基本定律（2）中间导体定律若在热电偶回路中加入第三种导体，只要第三种导体的两端温度相同，则对热电偶回路的总热电动势没有影响。第28页相关知识一、敏感元件2．热电偶测温原--热电偶的基本定律（2）中间导体定律

第29页相关知识一、敏感元件2．热电偶测温原--热电偶的基本定律（2）中间导体定律

第30页相关知识一、敏感元件2．热电偶测温原--热电偶的基本定律（3）中间温度定律

第31页相关知识一、敏感元件2．热电偶测温原--热电偶的基本定律（3）中间温度定律根据中间温度定律可知，当热电偶本身的导线不够长时，可以用相同热电特性的补偿导线加以延长。延长后的热电动势与补偿导线的中间温度无关，只与延长后的两端温度有关。第32页相关知识一、敏感元件2．热电偶测温原--热电偶的基本定律（4）标准电极定律如图所示，已知热电极A、B与标准电极C组成热电偶，设接触点温度为T、T0，它们相互间的热电动势关系满足:

第33页相关知识一、敏感元件2．热电偶测温原--热电偶的基本定律（4）标准电极定律导体A、B组成的回路所产生的热电动势等于导体A、C组成的闭合回路和导体B、C组成的闭合回路所产生的热电动势的代数和，这就是标准电极定律。第34页相关知识一、敏感元件2．热电偶测温原--热电偶的基本定律（4）标准电极定律导体A、B组成的回路所产生的热电动势等于导体A、C组成的闭合回路和导体B、C组成的闭合回路所产生的热电动势的代数和，这就是标准电极定律。第35页相关知识一、敏感元件2．热电偶测温原--热电偶的温度补偿由热电效应的原理可知，热电偶产生的热电动势大小与热端和冷端的温度有关。热电偶的输出热电动势只有在冷端温度不变的条件下，才与热端温度成单值函数关系。进行冷端温度补偿，来消除冷端温度变化和其不为0℃时所引起的温度误差。第36页相关知识一、敏感元件2．热电偶测温原--热电偶的温度补偿（1）补偿导线法工程中常采用一种称为补偿导线的特殊导线（见图），将热电偶的冷端延伸出来。第37页相关知识一、敏感元件2．热电偶测温原--热电偶的温度补偿（2）冷端恒温法在实验室和精密测量中，通常把冷端放入装满冰水混合物的容器中，以使冷端温度保持在0℃，这种方法称为冷端恒温法。第38页相关知识一、敏感元件2．热电偶测温原--热电偶的温度补偿（3）冷端温度校正法

第39页相关知识一、敏感元件2．热电偶测温原--热电偶的温度补偿（4）电桥补偿法电桥补偿法是利用不平衡电桥产生的热电动势来补偿热电偶传感器因冷端温度变化而引起的热电动势变化。第40页相关知识一、敏感元件2．热电偶测温原--热电偶的温度补偿

第41页相关知识一、敏感元件2．热电偶测温原--热电偶的温度补偿

第42页相关知识二、测量电路1．测量单点温度热电偶测量单点温度电路主要由热电偶、补偿导线、冷端补偿器、铜导线、显示仪表等组成。（a）普通测量电路

（b）带冷端补偿器的测量电路（c）带温度变送器的测量电路

（d）带一体化温度变送器的测量电路第43页相关知识二、测量电路2．测量两点温度差将两个相同型号的热电偶配用相同的补偿导线，接线时使两热电偶反向串联（A接A或B接B，见图），使得两热电动势方向相反，这样，输入显示仪表的是其差值，这一差值反映了两热电偶热端的温度差。第44页相关知识二、测量电路3．测量多点的平均温度--热电偶的并联测量电路将多个同型号热电偶的正极和负极分别连接在一起的电路称为热电偶的并联测量电路。

第45页相关知识二、测量电路3．测量多点的平均温度--热电偶的串联测量电路

式中：E——n个热电偶的平均电动势第46页相关知识三、热电偶传感器的应用1．测量金属表面温度如图所示为用于表面温度测量的表面热电偶温度计。在温度较高且要求测量准确度高、时间常数小的情况下，常采用焊接的方法，将热电偶头部焊于金属表面，焊接方式有V形焊、平行焊和交叉焊。第47页相关知识三、热电偶传感器的应用2．控制炉温偏差经放大器放大后送到调节器，再经晶闸管式执行器调整炉丝的加热功率，消除偏差，从而达到炉温控制的目的。第48页敏感元件测量电路热电偶传感器的应用任务二认识热电阻式传感器学习目标任务工单本任务要求学生正确认识热电阻式传感器，掌握热电阻式传感器的工作原理及应用。第51页任务引入思考：什么是热电阻式传感器？它是怎样工作的？第52页任务实施—使用铂热电阻式传感器测量温度1．实施目的（1）了解铂热电阻的特性。（2）理解铂热电阻式传感器温度测量原理。2．实施器材加热源，Pt100铂热电阻，温度控制仪，温度传感器实验模板，数显单元，万用表。第53页3．实施步骤将学生以3～5人为一组进行分组。各组按照以下步骤使用铂热电阻式传感器测量温度。

1）认识铂热电阻第54页任务实施—使用铂热电阻式传感器测量温度3．实施步骤2）连接与调试电路（1）将Pt100铂热电阻的三根引出导线分别接入温度传感器实验模板。（2）放大器调零（3）电桥调零第55页任务实施—使用铂热电阻式传感器测量温度3．实施步骤（4）分别读出各温度值下电压表的电压值，并将结果填入表中。设定温度T/℃505560657075808590电压U/V

第56页任务实施—使用铂热电阻式传感器测量温度4．任务评价评价项目评价标准满分实际得分教师评语技能操作正确认识铂热电阻20

正确连接电路20

正确调试电路20

正确测量温度和输出电压20参与程度认真参加活动，积极思考，主动与同学、指导教师进行交流，善于发现和解决问题10

职业素养具有团队协作精神和责任意识，具有一定的创新思维10

总分100

个人总结

第57页任务实施—使用铂热电阻式传感器测量温度相关知识一、敏感元件热电阻式传感器是利用金属导体的电阻率随温度的变化而改变的特性来工作的。由金属导体如铂、铜、镍等制成的测温敏感元件称为金属热电阻（简称热电阻）。第58页相关知识一、敏感元件1．金属热电阻金属热电阻由电阻体、保护套管（瓷绝缘套管和不锈钢套管）和接线盒等部件组成，如图所示。电阻体通常由铂丝或铜丝在芯柱上绕制而成。金属热电阻在工业生产中最常用的材料有铂、铜。下面主要介绍铂热电阻和铜热电阻。（a）结构

（b）电阻体第59页相关知识一、敏感元件1．金属热电阻--铂热电阻铂的性能优点铂的物理化学性能极为稳定，并具有良好的工艺性。以铂作为测温敏感元件的热电阻具有显示值稳定、测量准确度高等优点。温度范围温度范围为−200～850℃。除作为标准电极外，还广泛用于高精度的工业测温。第60页相关知识一、敏感元件1．金属热电阻--铜热电阻缺点优点电阻率小、体积大、热惯性大。电阻温度系数大、价格低，易于提纯。温度范围铜热电阻的测量范围为-50～150℃。第61页相关知识一、敏感元件2．工作原理

第62页相关知识一、敏感元件2．工作原理

金属导体制成的测温敏感元件，当被测温度变化时，金属导体的电阻随温度的变化而变化，通过测量电阻变化的大小可得出温度变化的情况及数值大小，这就是金属热电