《传感器》-项目三温度检测

温度检测学习目标能力目标：①会用热电偶传感器测量温度②能够根据测量要求选用合适类型的热电偶③能够根据热电偶型号选用匹配的冷端延长导线④能够根据使用场合选择合适的热电阻类型⑤能够查询热电阻分度表，计算电阻值⑥熟练使用红外线测温枪测量温度⑦会使用手册查阅温度元件的技术参数温度检测知识目标：①掌握热电效应以及热电偶传感器的工作原理②熟悉热电偶的种类和结构③了解热电阻传感器的工作原理及结构④掌握热电阻的类型、特性和应用⑤了解压力式温度传感器⑥掌握红外测温的特点及应用温度检测学习重点①热电偶的种类和结构②热电阻的类型、特性和应用学习难点①热电效应以及热电偶传感器的工作原理②热电阻传感器的工作原理及结构温度检测温度传感器通过测量某些物理量参数随温度的变化而间接测量温度，由温度敏感元件（感温元件）和转换电路组成。感温元件是否与被测对象们接触接触式测温非接触式测温温度检测任务一热电偶测温度热电偶（Thermocouple）是一种将温度变化转换成电势变化的热电式传感器。在工业生产和科学研究中，被广泛的用来测量100～1300摄氏度的温度。优点结构简单，使用方便，测温时，不需要外加电源测温范围广测量精确度高，热惯性小可测局部温度，便于远距离传送和集中检测、自动记录任务描述热电偶作为温度传感器，测得与温度相应的热电动势，热电偶将温度转化成电量进行检测，使温度的测量、控制，及对温度信号的放大、变换都很方便，适用于远距离测量和自动控制。温度检测任务一热电偶测温度一、工作原理1.两种不同材料的导体（或半导体）A和B，两端分别连接在一起，构成如图所示的闭合回路，若将它们的接点分别置于温度各为T及To(假定T>To)的热源中，回路中就会产生一个与温度T、To及导体材料性质有关的热电势EAB(T,To)，这种现象称为热电效应或塞贝克效应。把两种不同材料的导体A和B所组成的回路称为热电偶，导体A和B为热电极，热电偶所产生的电动势为热电势。两个接点，一个为热端（T），又称工作端或测量端；一个为冷端（To），又称为自由端或参考端。温度检测任务一热电偶测温度（1）均质导体定律两种均质金属组成的热电偶，其电势大小与热电极直径、长度及沿热电极长度上的温度分布无关，只与热电极材料和两端温度有关。（2）中间导体定律在热电偶回路中插入中间导体，只要插入导体的两端温度相同，且插入导体是均质的，则无论插入导体的温度分布如何，都不会影响原来热电偶的热电势的大小。（3）中间温度定律热电偶AB两接点的温度分别为T、To时所产生的热电势，等于该热电偶在T、Tn及Tn、To时热电势的代数和。2.热电偶的基本定律一、工作原理温度检测任务一热电偶测温度二、材料、类型及结构材料物理、化学稳定性高电阻温度系数小导电率高组成热电偶后产生的热电势大热电势与温度要有线性关系或有简单的函数关系复现性好便于加工成丝温度检测任务一热电偶测温度结构普通型热电偶铠装热电偶薄膜型热电偶快速微型热电偶二、材料、类型及结构温度检测任务一热电偶测温度三、热电偶的冷端温度补偿方法补偿导线法用补偿导线将热电偶的冷端延伸，此导线一定温度范围内具有和所连接的热电偶相同的热电性能，材料是廉价金属冰浴法将热电偶的冷端置于装有绝缘油的试管中，再将其放入冰水化合物的恒温容器中,使冷端的温度保持在0摄氏度不变计算修正法热电偶冷端温度不为零，测得热电势EAB（t,to）与冷端为零时热电势EAB（t，0）不等，此时EAB（t,0）=EAB（t,to）+EAB（to,0）仪表机械零点调整法热电偶与动圈仪表配套使用，若热电偶冷端温度较恒定，对测量精度要求不高，可将动圈仪表机械零点调至热电偶冷端所处的温度to电桥补偿法不平衡电桥产生的不平衡电压来自动补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值温度检测任务二热电阻测温度知识链接热电阻（Thermalresistance）是利用感温电阻，把测量温度转化成测量电阻的电阻式测温系统，在工业上广泛用来测量－200～500oC范围内的温度。任务描述利用导体及半导体材料的电阻值随温度的变化而变化的特性可实现测温。一般把金属导体如铂、铜、镍等制成的测温元件称为热电阻；把半导体材料制成的测温元件称为热敏电阻。材料金属热电阻铜（Cu）铂（Pt）半导体热敏电阻负温度系数（NTC）正温度系数（PTC）临界温度系数（CTR）温度检测任务三压力式温度计测温任务描述压力式温度计作为一种膨胀式测温元件，大量应用在对测温精度要求不高的生产场合。了解此类温度计的工作原理，学会根据实际需求查找合适的常用型号。知识链接压力式温度计基于物质受膨胀的原理，但不是靠物质受热膨胀后体积变化来指示温度，而是靠在密闭容器中压力的变化来指示温度。因此这种温度计是由测温包与压力表组成的一体化结构，只不过压力表的表盘刻度是温度。特点优点结构简单防爆不怕震动可远距离传送缺点精度低滞后大温度检测分类（工作物质）气体式充氮气，感温包体积大，线性刻度液体式充二甲苯或甲醇，感温包体积小，线性刻度蒸汽式充有丙酮、氯甲烷、乙醚等，利用低沸点蒸发液体的饱和压力随温度不同而产生变化来测温，刻度非线性工作原理：利用封闭在一定容积中的气体或液体或某些液体的饱和蒸汽受热时它的体积或压力发生变化的原理制成。任务三压力式温度计测温结构三者内腔相通温包毛细管压力弹性元件如弹簧管、波纹管温度检测任务三压力式温度计测温WTZ-288型系列电接点温度计，适用于16m距离内，测量范围-20～120℃，无腐蚀场合的温度测量和控制。此系列温度计可测量对铜合金不起腐蚀作用的液体、气体和蒸汽的温度，并能在工作温度达到和超过给定值时，发出电讯号。该仪表也可用温度调节系统内的电路接触开关。温度检测任务四

红外测温任务描述通过对红外测温基础知识的学习，充分理解红外测温的原理，在此基础上，搜集、整理红外测温的产品和应用场合。知识链接一、红外辐射红外辐射是一种不可见光，位于可见光中红色光以外的光线，也称红外线。红外线在电磁波谱中的位置如图所示，它的波长范围大致在0.76～1000μm。工程上又把红外线所占据的波段分为四部分，即近红外、中红外、远红外和极远红外。温度检测二、红外探测器红外辐射和所有电磁波一样．足以波的形式在空间直线传播的。它在大气中传播时，大气层对不同波长的红外线存在不同的吸收带，红外线气体分析器就是利用该特性工作的。空气中对称的双原子气体，如N2、O2、H2等不吸收红外线。而红外线在通过大气层时，有三个波段透过率高，它们是2～2.6μm、3～5μm和8～14μm。这三个波段对红外探测技术特别重要，因为红外探测器一般都工作在这三个波段之内。任务四

红外测温红外传感器光学系统探测器（核心）信号调理电路显示系统温度检测任务四

红外测温（一）热探测器热探测器是利用红外辐射的热效应，探测器的敏感元件吸收辐射能后引起温度升高进而使有关物理参数发生相应变化，通过测量物理参数的变化，便可确定探测器所吸收的红外辐射。

热探测器的优点是响应波段宽，响应范围可扩展到整个红外区域，应用相当广泛。但与光子探测器相比，热探测器的探测率比光子探测器的烽值探测率低，内应时间长。热探测器主要类型有热释电型、热敏电阻型、热电偶型和气体型探测器。而热释电探测器在热探测器中探测车最高，频率响应最宽，所以这种探测器备受重视，发展很快。温度检测（二）红外传感器的典型应用——红外测温仪红外测温仪技术在产品质量控制和监测、设备在线故障诊断和安全保护以及节约能源等方面发挥着重要作用。近年来，非接触式红外测温仪技术迅速发展，性能不断完善，功能不断增强。比起接触式测温方法．红外测温有着响应时间快、非接触、使用安全及使用寿命长等优点。如在2003年发生“非典”疫情期间，一些窗口单位（如机场、港口、车站等）曾大量使用红外测温仪。红外检测是一种在线监测式检测技术，它集光电成像技术、计算机技术、图像处理技术于一身，通过接收物体发出的红外线，将其热像显示在荧光屏上，从而准确判断物体表面的温度分布情况．具有准确、实时、快速等优点。任何物体由于其自身分子的运动，不停地向外辐射红外热能，从而在物体表面形成一定的温度场，俗称“热像”。红外诊断技术正是通过吸收这种红外辐射能量，测出物体表面的温度及温度场的分布，从而判断物体的发热情况。任务四

红外测温温度检测任务四

红外测温红外测温仪是一个包括光、机、电一体化的红外调温系统，利用热辐射体在红外波段的辐射通量来测量温度，可采用分离出所需波段的滤光片，使红外测温仪工作在任意红外波段。图中的光学系统是—个固定焦距的透射系统，滤光片一般采用只允许8～14μm的红外辐射能通过的材料。步进电机带动调制盘转动，将被测的红外辐射调制成交变的红外辐射线。红外探测器一般为热释电探测器，透镜的焦点落在其光敏面上。被测目标的红外辐射通过透镜聚焦在红外探测器上，红外探测器将红外辐射变换为电信号输出。温度检测任务四

红外测温图为常见的红外测温仪。它是一个光机