传感器应用技术（第2版）课件：温度测量

项目010203项目三、热敏电阻及其应用项目一、利用金属热电阻测量温度项目二、利用热电偶测量温度温度测量 项目四、双金属片及其应用04温度测量

温度是描述物体冷热程度的物理量。在各种工程实践和科学研究中，经常会遇到温度的测量与控制，如工业炉温、环境气温、海洋温度的变化、家用电器温度控制等都离不开温度的测量。输电线路的接头处因存在接触电阻，易发热产生温升，影响输电线路的安全。如图所示是高压输电线路温度监测图，它将温度传感器直接安装在高压导体接头处，测量接头处导体发热温度，通过无线数据通讯方式将测量结果发送到地面数据集中器内进行温度监测，这一技术解决了高电压环境下测温与数据传输的难题。高压输电线温度监测图项目一职业岗位应知应会目标利用金属热电阻测量温度1.了解测温金属热电阻的特性。2.懂得常用金属热电阻的类型与适用范围。3.懂得金属热电阻的几种接线方法。4.能根据生产实际选择合适的金属热电阻温度控制器并能安装接线。任务我们的目标是…..认识金属热电阻一了解测温金属热电阻的特性。1.热电阻的结构:将0.02〜0.07mm铂丝或铜丝绕在云母等绝缘骨架上（无感绕制），装入保护套管，接引线，就做成了一个热电阻。任务我们的目标是…..认识金属热电阻一了解热电阻的分类热电阻的分类

1.按使用材料可分为铂热电阻、铜电热阻、镍热电阻、锰热电阻和铑热电阻等。2.按结构可分为防爆型热电阻、铠装型热电阻、端面型热电阻和普通型热电阻。防爆型热电阻铠装型热电阻面型热电阻任务我们的目标是…..热电阻检测中、低温区的温度二懂得金属热电阻的几种接线方法。1.热电阻测温电路由于热电阻的阻值和随温度变化的变化值不大，因此其测量线路一般采用直流电桥线路热电阻测量温度的直流电桥线路任务我们的目标是…..热电阻检测中、低温区的温度二懂得金属热电阻的几种接线方法。2.WS9100C4温度调理器简介WS9010C4可直接与Cu50铜热电阻传感器连接，输入温度范围为0〜150°C，输出电流范围为4〜20mA%或配接250#的标准电阻即可输出1〜5V电压）。WS9010C4的外形 WS9010C4温度调理器

接线图项目二职业岗位应知应会目标利用热电偶测量温度1.懂得热电偶的基本工作原理。2.了解热电偶的特性与性能指标。3.掌握热电偶冷端温度补偿方法及其在生产中的应用。4.能按说明书对热电偶与温度变送器进行安装接线。我们的目标是…..1.热电偶的工作原理懂得热电偶的基本工作原理。。A、B是由两种成分不同而互相具有一定热电特性的材料所构成的热电极。把它们的一端焊接起来， 连接成回路，便构成一个热电偶。我们的目标是…..2.热电偶的分类了解热电偶的特性与性能指标。1.热电偶可按安装位置和方式、材料、使用环境分类。热电偶以安装位置和方式为标准的分类与热电阻相同。以构成材料的不同为标准，热电偶可分为国际通用分度号为B、E、K、R、N、XT的八种热电偶。2.热电偶按使用环境细分有耐高温热电偶，耐磨热电偶 ，耐腐热电偶，耐高压热电偶，防爆热电偶，铝液测温用热电偶，循环化床用热电偶，水泥回转窑炉用热电偶，阳极烧炉用热电偶，高温热风炉用热电偶，汽化炉用热电偶，渗碳炉用热电偶，高温盐浴炉用热电偶。我们的目标是…..3.热电偶的冷端补偿掌握热电偶冷端温度补偿方法及其在生产中的应用。常用的有冷端补偿方法有:1)冷端恒温法2)补偿导线法3)补偿电桥法 4)仪表机械零点调整法我们的目标是…..4.SAP-TC与LD-WS型温度变送器简介掌握热电偶冷端温度补偿方法及其在生产中的应用1)SWP-TC型温度变送器2)LD-WS型温度变送器LD-WS型温度变送器接线图项目三职业岗位应知应会目标热敏电阻及其应用1.理解热敏元件的温度特性。2.懂得常用热敏元件的温度控制原理与控制方法。3.能根据控制要求安装、热敏元件组成的电路。任务我们的目标是…..认识热敏电阻一理解热敏元件的温度特性a)是珠粒形热敏电阻，为玻璃封装，体积和热惯性都较小，适合制造点温度计和表面温度计；b)圆柱形热敏电阻，大多数采用树脂封装，因价格低而应用普遍；c)为圆片状热敏电阻，有多种不同规格.任务我们的目标是…..利用热敏电阻测量温度二懂得常用热敏元件的温度控制原理与控制方法1.器材准备2.热敏电阻在冰箱压缩机启动电路中的温度测量与控制3.观察热敏电阻在彩色显像管消磁电路中的温度测量与控制4.观察PTC热敏电阻作过电流过热检测与控制5.观察热敏电阻在CPU电路中的温度检测a)自动消磁电路 b)消磁线圈的安装位置任务我们的目标是…..制作简易热敏电阻温度计三能根据控制要求安装、热敏元件组成的电路。1)把RRC6型热敏电阻接在图所示的电桥臂中，图中检流计用50"A的微安表，R3为电阻箱，取R1=R2=4K，毫安表量程可取5mA。2)把热敏电阻放在加热至100C的沸水烧杯中（用0.5°C分度值的水银温度计测量水温）。3)接通电桥电源，调节RP和R3，使毫安表读数不大于1mA,且使毫安表不超过满刻度。任务我们的目标是…..制作简易热敏电阻温度计三能根据控制要求安装、热敏元件组成的电路。4)取出烧杯中的热敏电阻放入暖水瓶中，再向暖水瓶中放入冰水混合物，用0.5°C分度值的水银温度计测量水温，达到0°C时调节R3，使电桥达到平衡（即微安表电流为零），表示为0°C。5)向暖水瓶中加热水，逐步提高水温至100°C，记录下每提高5°C时的电流值作为温度计的刻度值并填入表2-6。表2-6温度-电流实验数据表6)以0°C时的电流值作为温度计的起点，以100°C的电流值作为温度计的最高点（不一定是微安表的满刻度处）。每隔5°C的电流值均勻刻划10分度做成温度计的指示；粘贴在微安表的刻度，即可做成简单的温度计。度/〇C0510152025

95100电流/"A

项目四职业岗位应知应会目标热敏电阻及其应用1.了解双金属片的结构与工作原理。2.懂得双金属片在温度控制中的应用。3.能根据控制要求安装、调试双金属片温度控制器件。任务认识双金属片一了解双金属片的结构与工作原理。1.器材准备双金属片（可用废旧热继电器或荧光灯启动器内的双金属片）、铁架台、洒精灯等。2.双金属片热特性实验取下废旧热继电器内的双金属片固定的铁架台上，如图2-26a所示，将酒精灯的火焰对准双金属片的中部直接加热，可以看到它明显地向镍铁合金一侧(下方)弯曲。迅速用钢丝钳取下双金属片放在平面台可以观察弯曲程度，如图2-26b所示。停止加热后，随着温度隐低，双金属片逐渐恢复平直。将双金属翻转，用酒精灯烧另一侧，可以看到双金属片仍然向镍铁合金一侧(上方)弯曲。任务认识双金属片一了解双金属片的结构与工作原理。生产实践中，常将双金属片制作成双金属片温度控制器的感温元件。1.双金属片温度计双金属片的弯曲程度与温度的高低有对应的关系，从而可用双金属片的弯曲程度来指示温度。2.双金属片温度继电器

双金属片受热时，会因为伸长不一样而发生弯曲变形，利用这种变形特性可使开关接通或断开任务我们的目标是…..利用双金属片制作水开音乐报警器二能根据控制要求安装、调试双金属片温度控制器件。1.工作原理分析图2-28中感温开关SA是双金属片，它的动触点受热时展开，当温度上升到一定值(如100°C)时，动触点与静触点接触，音乐集成块IC被触发，扬声器B发出乐曲。2.器材准备电阻、晶体管、音乐集成块、电源开关图2-28水开音乐报警器电路任务我们的目标是…..制作简易热敏电阻温度计三能根据控制要求安装、热敏元件组成的电路。3.制作与安装感温开关的制作。制作与安装。4.使用方法烧开水时，将感温管插入壶嘴内（入水部分不少于70mm)即可，不用时要放在通风干燥的地方。感温开关管结构图任务我们的目标是…..制作简易热敏电阻温度计三能根据控制要求安装、热敏元件组成的电路。1)把RRC6型热敏电阻接在图所示的电桥臂中，图中检流计用50"A的微安表，R3为电阻箱，取R1=R2=4K，毫安表量程可取5mA。2)把热敏电阻放在加热至100C的沸水烧杯中（用0.5°C分度值的水银温度计测量水温）。3)接通电桥电源，调节RP和R3，使毫安表读数不大于1mA,且使毫安表不超过满刻度。温度测量

项目一利用金属热电阻测量温度我们的目标

内容认识金属热电阻010203内容任务一认识金属热电阻任务二热电阻检测中、低温区的温度项目一利用金属热电阻测量温度

任务准备

工业生产经常要进行温度检测和控制。热电阻是中、低温区最常用的一种温度检测器，它的测量精度高、性能稳定，其中铂热电阻的测量准确度最高，广泛应用于工业测温领域，还常被制成标准的基准仪。任务一认识金属热电阻

任务准备

任务准备

知识学习（2）按结构分类热电阻按结构分类

知识学习

知识学习铠装型热电阻优点

知识学习

端面热电阻元件由特殊处理的丝材（铜或铂丝）绕制，它们紧巾在温度计前端，与一般轴向热电阻相比，端面热电阻能更正确和迅速地反映被测端面的实际温度状况，它的制作方法很多，品种形式多样，适合于电厂汽轮机及电机轴瓦或其它机体表面测温。有的端面热电阻安装时由于它的引线与电阻元件是相连的，所以要将引线与端面热电阻同步转动，这样才确保端面热电阻在安装中不被人为损坏，但是实际安装过程中难免出现这种情况。

端面型热电阻

任务准备

任务二热电阻检测中、低温区的温度

知识学习

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1.器材准备

WS9010C4型温度调理器、铜热电阻、烧杯、电炉、温度计、万用表或者电压表、学生电源。

2.WS9010C4型温度调理器接线图项目评价项目配分评价标准得分新知识学习40热电阻的选用与接线50团队协作与纪律10

思考与提高项目二利用热电偶测量温度我们的目标

任务引入

知识学习一、热电偶传感器的工作原理1、热电势效应

符号两种不同材料结点温度不同组成闭合回路

知识学习结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。

热电极A右端称为：自由端（参考端、冷端）

左端称为：测量端（工作端、热端）

热电极B热电动势ABt0t这种现象称为“热电效应”，两种导体组成的回路称为“热电偶”。（又称偶丝）

知识学习ABtt0EAB(t，t0)热电动势=接触电动势＋温差电动势符号

热电动势（热电势）的产生

知识学习《传感器与自动检测技术》吴旗主编高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS热电偶的结构热电极绝缘套管保护套管接线盒热电偶外形和结构图

知识学习《传感器与自动检测技术》吴旗主编高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS接线盒引出线套管

不锈钢保护管

固定螺纹

热电偶工作端（热端）

标准热电偶

知识学习《传感器与自动检测技术》吴旗主编高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS小形K型热电偶其他热电偶外形。热电偶的种类标准化热电偶非标准化热电偶普通型热电偶铠装型热电偶二、热电偶的分类知识学习

热电偶名称分度号热电极性识别E(100，0)（mV）测温范围（℃）对分度表允许偏差新极性识别长期等级使用温度允差铂铑10－铂S正亮白较硬0.6460～1700Ⅲ≤600±1.5℃负亮白较软>600±0.25％t铂铑13－铂R正较硬0.6470～1700Ⅱ<600±1.5℃负柔软>1100±0.25％t铂铑30－铂6B正较硬0.0330～1700Ⅲ600～800±4℃负较软>800±0.5％t镍铬－镍硅K正不亲磁4.096-200～1300Ⅱ-40～1300±

2.5℃或±0.75％t负稍亲磁Ⅲ-200～40±2.5℃

或±1.5％t镍铬硅－镍硅N正不亲磁2.774-200～1200Ⅰ-40～1100±1.5℃

或±0.4％t负稍亲磁Ⅱ-40～1300±2.5℃

或±0.75％t镍铬－康铜E正暗绿6.319-200～1000Ⅱ-40～900±2.5℃

或±0.75％t负亮黄Ⅲ-200～40±2.5℃

或±1.5％t铜－康铜T正红色4.279-200～400Ⅱ-40～350±1℃

或±0.75％t负银白色Ⅲ-200～40±1℃

或±1.5％t铁－康铜J正亲磁5.269-200～1300Ⅱ-40～750±2.5℃

或±0.75％t负不亲磁八种国际通用热电偶特性表优点：价格便宜，热电动势较大，仅次于E型热电偶，缺点：铁极易氧化优点：精度高，在0~-200℃范围内，可制成标准热电偶，准确度可达土0.1℃，中低温稳定性好，耐磨蚀，缺点：铜极易氧化，故在氧化性气氛中使用时，一般不能超过300℃，应用：广泛用于中低温测量优点：热电动势较其他常用热电偶大，准确度较高，灵敏度是所有标准热电偶中最高的，稳定性好应用：适宜在氧化性或惰性气氛中工作，广泛用于低温测量，可用于湿度较大的环境中在相同条件下，特别是1100～1300℃高温条件下，高温稳定性和使用寿命较K型有成倍提高，价格远低于S型热电偶，而性能相近，在－200～1300℃范围内，有全面代替廉价金属热电偶和部分S型热电偶的趋势优点：测温范围很宽、热电动势与温度关系近似线性、热电动势大及价格低缺点：热电动势的稳定性较B型或S型热电偶差，且负极有明显的导磁性应用：广泛用于高温测量，是目前用量最大的廉金属热电偶优点：测温上限高，稳定性好缺点：热电势小，线性较差，且价格高，应用：冶金反应、钢水测量等高温领域中得到了广泛的应用与S型热电偶的综合性能相当，但稳定性和复现性优于S型，热电势比S型大15％，主要用于进口设备的附带测温装置优点：热电性能稳定，抗氧化性强，宜在氧化性、惰性气氛中工作，测量精度高缺点：热电势小，灵敏度低，线性差且价格高用途：可做为基准热电偶，用于精密测量；常用作标准热电偶或用于高温测量

知识学习三、热电偶的冷端补偿热端冷端

热电偶回路中的热电动势EAB(t，t0)的大小与t、t0有关，若冷端温度t0确定，则可求得热端温度tAtBtCCt0EAB(t，t0)

只有当冷端温度固定不变，才能通过热电势的大小去判断热端温度的高低。

若冷端温度波动较大，怎么办呢？

知识学习热电偶的冷端补偿方法热端冷端AtBtCCt0EAB(t，t0)

解决办法思考：将热电极延长，把冷端引到一个温度稳定的地方将冷端温度处理为0℃常用的方法：冷端恒温法，补偿导线法，计算修正法，冰点槽法，电桥补偿法，显示仪表零位调整法热电偶的冷端补偿

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0℃恒温器--冰浴法被测流体管道热电偶

接线盒补偿导线铜质导线毫伏表冰瓶冰水混合物（0°C）

新的冷端1)冷端恒温法适用于实验室中的精确测量和检定热电偶时使用

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知识学习2)补偿导线法

所谓补偿导线，实际上是一对材料化学成分不同的导线，在0～150℃温度范围内与配接的热电偶有一致的热电特性，但价格相对要便宜。若我们利用补偿导线，将热电偶的冷端延伸到温度恒定的场所（如仪表室），其实质是相当于将热电极延长。AtBA’B’t0t0tCtC中间温度定律补偿导线

知识学习补偿导线法补偿导线合金丝绝缘层屏蔽层保护层补偿导线的外形

知识学习配用热电偶正-负补偿导线正-负导线外皮颜色100℃热电势（mV）150℃热电势（mV）20℃时的电阻率(Ω·m)正负铂铑10－铂铜－铜镍①红绿0.645±0.0231.029+0.024-0.055＜0.0484×10-6镍铬－镍硅铜－康铜红蓝4.095±0.156.137±0.20＜0.634×10-6镍铬－考铜镍铬－考铜红黄6.95±0.3010.69±0.38＜1.25×10-6钨铼5－钨铼20铜－铜镍②红蓝1.337±0.045－－常用热电偶补偿导线的特性

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知识学习3)补偿电桥法

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知识学习4)仪表机械零点调整法

该方法是将仪表零点调整到热电偶冷端0℃时温度所对应的电动势的值。工厂环境下多采用仪表机械零点调整法和冷端补偿法。

知识学习四、温度变送器简介《传感器与自动检测技术》吴旗主编高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS

温度检测仪表大多是把热电偶、热电阻测得的温度信号正比地转变为直流信号输出，并以单元组合仪表出现，即温度变送器。

目前我国生产的温度变送器输出信号多为4～20mA，输出为0～10mA的变送器也有少量生产。

知识学习《传感器与自动检测技术》吴旗主编高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESSSBWR系列热电偶／热电阻温度变送器模块外形图安装接线图

知识学习《传感器与自动检测技术》吴旗主编高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS主要技术指标：SM320手枪式红外测温仪⑧重量：220克①测量范围：－32～320℃(－25～608℉)；②测量精度：±2℃（±4℉）或±2%；③分辨力：0.1℃（0.1℉）；④响应时间：500ms；⑤使用环境：0～50℃（32～122℉），10～90%RH；⑥电源：9V6F22；⑦外型尺寸：155×56×187mm；

技能训练

技能训练

项目评价项目配分评价标准得分新知识学习40热电偶的选用与接线50团队协作与纪律10

思考与提高项目三热敏电阻及其应用我们的目标

内容010203内容任务一认识热敏电阻任务二利用热敏电阻测量温度项目三热敏电阻及其应用

内容任务三热敏电阻及其应用

任务引入任务一认识热敏电阻

任务引入热敏电阻用于电热水器的温度控制

任务引入玻璃封装NTC热敏电阻大功率PTC热敏电阻

任务引入热敏电阻体温表

任务引入

热敏电阻用于CPU的温度测量

任务引入其它热敏电阻

做中学

做中学

做中学

知识学习热敏电阻的外形、结构及符号

知识学习

知识学习阻值与温度满足以下关系：12345其中R0为T0时的电阻，T为绝对温度，B=1500～3000K或

知识学习