石大传感器及其应用实训课件02温度和环境量检测

单元四、气敏和湿敏传感器单元三、热电偶及其应用单元二、半导体热敏电阻测量温度

单元一、金属热电阻测量温度项目二、温度与环境量的检测2026/7/19单元一、

金属热电阻测量温度单元目标：通过本单元的训练，掌握工业常用的温度检测方法，熟悉常用热电阻温度检测组件的外形和基本原理。掌握热电阻与显示仪表的连接方法。能够判断热电阻温度检测系统的简单故障。2026/7/19任务一、认识热电阻传感器

活动1：研究金属的热特性

按图连接电路并测量电流，可以发现金属丝被加热后指示灯变暗(电流减小)。可以得到：

导体的电阻跟温度有关，温度越高，金属电阻越大2026/7/19任务一、认识热电阻传感器

活动1：研究金属的热特性

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。

2026/7/19活动2：观察和了解热电阻常用典型的热电阻:普通型铠装型2026/7/19活动、热电阻与温度显示仪表的连接

热电阻传感器的测量电路一般使用电桥为消除引线电阻的影响，实际热电阻与仪表连接多采用三线制或四线制

任务二、热电阻应用训练

2026/7/19单元二、半导体热敏电阻测量温度单元目标：通过本单元的训练，了解热敏电阻的主要特性，掌握热敏电阻的应用，掌握热敏电阻用于温度检测的方法。

2026/7/19任务一、认识热敏电阻活动1：了解热敏电阻的温度特性

1．

准备器材电子实训基本工具（尖嘴钳、螺丝刀等），万用表，电烙铁（20W～35W），热敏电阻（50kΩ、负温度系数），饮料吸管。2026/7/19

2．

实验方法

万用表使用20KΩ（200KΩ）档，在室温下测量热敏电阻的阻值，并做记录。将内置热敏电阻的吸管（封口端）放入口中舌下，一分钟后测定其阻值并记录数据。假设体温是37℃。将内置热敏电阻的吸管封口端放入沸水，过30s左右测定其阻值并记录数据，沸水温度为100℃。活动1：了解热敏电阻温度特性（2）2026/7/193．

数据整理根据实验，将三组数据（温度、阻值）做成表格，根据数据画出热敏电阻的电阻温度特性曲线

活动1：了解热敏电阻温度特性（3）

电阻值/Ω状态温度/℃室温

体温37

沸水100

温度/℃

2026/7/19活动2：进一步了解热敏电阻1.认识各类热敏电阻

热敏电阻一般用金属氧化物陶瓷半导体材料或碳化硅材料制造，粉状材料经过成形、烧结等工艺制成热敏电阻。按照电阻值与温度变化的规律，热敏电阻分成两大类型：负温度系数型（NTC）和正温度系数型（PTC）。

2026/7/19活动2、进一步了解热敏电阻（2）

2.掌握热敏电阻特性负温度系数：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）2026/7/191.热敏电阻在电冰箱中的应用

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。任务二、了解家用电器中的热敏电阻冰箱压缩机用PTC起动器2026/7/192.热敏电阻在电视机上的应用

PTC热敏电阻器常用于彩色电视机的消磁电路中。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。

2026/7/193.

汽车中的热敏电阻在汽车电路中，比较常用的是负温度系数（NTC）热敏电阻器。如电喷车发动机控制用的冷却液温度传感器、空气温度传感器、自动变速箱中的油温传感器等。汽车油温传感器2026/7/19活动：制作简单热控电路用实验室提供的器材(热敏电阻、小灯泡、电池、可变电阻、连接导线)，自行设计一个用热敏电阻控制小灯泡的电路，使温度较高时小灯泡点亮，温度较低时小灯泡熄灭。制作实验时，热源可以用电烙铁代替。2026/7/19任务三、热敏电阻应用训练活动：设计制作一个半导体热敏电阻温度计

目标：设计制作温度计用于测量水的温度，测温范围0－100℃。

方案提示：如果在0℃时，RT＝R1，R3＝R2，电桥平衡，微安表指示为零。温度越高RT值越小，电桥越不平衡，通过表头的电流也就越大。2026/7/19单元三、热电偶及其应用单元目标：通过本单元的学习和训练，掌握热电偶的主要特性，了解热电偶的工业应用，掌握普通热电偶的基本使用方法和温度补偿的常用方法。2026/7/19任务一、认识热电偶活动1：了解热电偶的基本特性

1.准备器材：数字万用表，酒精灯，ф0.4mm、长约250mm的

漆包铜线和康铜丝各一根。2026/7/19活动1：了解热电偶基本特性（2）2.实验方法

●制作一个简易热电偶

●将数字万用表拨至DC200mV档后接热电偶，读取此时电压值

●加热热电偶的工作端（即绞紧连接点），观察万用表电压显示值的变化；再将酒精灯逐渐远离热电偶，观察记录电压数值

2026/7/19热电偶实验原理演示

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热电势AB2026/7/19活动2：认识热电偶观察拆解后的普通热电偶芯或未安装的热电偶丝，可以看出两种不同的金属材料构成热电偶的敏感元件。热电偶芯（丝）就是热电偶的核心部分。2026/7/19活动3.了解热电偶原理和特征将两种不同材料的导体或半导体A、B的端点焊接起来，构成一个闭合回路。当导体A、B两个接点温度T和T0之间存在差异时，回路中便产生电动势，这种效应称为热电效应。热电偶就是利用这一效应进行温度检测的。热电偶两个电极的一端焊接在一起作为检测端（也叫工作端、热端）；将另一端开路，用导线与仪表连接，这一端叫做自由端（也叫参考端、冷端）。

2026/7/19热电偶的工作原理热电偶两端的热电动势可以用下式表示：Et=eAB(t)–eAB(t0)

式中：Et——热电偶的热电动势；eAB(t)——温度为t时工作端的热电动势；eAB(t0)——温度为t0时自由端的热电动势。2026/7/19热电偶的分度表如果自由端温度恒定不变，则热电动势只与工作端的温度有关，即Et=f(t)。热电动势的大小只与热电极材料的成分及两端的温度有关，而与热电极的尺寸无关。根据这一特点，工程上以0℃作为冷端基准温度，将热电偶的热电动势与对应热端的温度精确测出，作成表格，称为热电偶的分度表，见附录C。

工作端温度℃01020304050

热电动势（mV）－0-0.000-0.392-0.777-1.156-1.527-1.889

00.0000.3970.7981.2031.6112.022

1004.0954.5084.9195.3275.7336.137

2008.1378.5378.9389.3419.74510.151

2026/7/19任务二、热电偶应用训练一、热电偶的种类

1.普通型热电偶2.铠装型热电偶3.薄膜型热电偶2026/7/19

补偿导线由两种不同性质的廉价金属材料制成，在一定温度范围内（0~100℃），与所配接的热电偶具有相同的热电特性，起到延长冷端的作用。

二、热电偶使用训练1、补偿导线补偿导线2026/7/192、冷端温度补偿的方法冷端恒温法

将热电偶的冷端置于冰水混合物中，也称冰浴法2026/7/192.冷端温度补偿的方法活动1：确定被测温度——练习用计算法进行温度补偿计算校正法

E(t,0)=

E(t,t0)+E(t0,0)已知：镍铬-镍硅热电偶的检测系统进行测温时，其冷端温度为30℃，仪表显示的热电动势为39.17mV，利用附录C中的数据，完成以下操作：

查表得E（30，0）=1.20mV

计算:E(t,0)=E(t,30)+E(30,0)=(39.17+1.20)mV=40.37mV

再反查分度表，可得被测温度为977℃。2026/7/19仪表机械零点调整法

用螺丝刀调节仪表面板上的“机械零点”，使指针指到气温t0（图中为40

C）的刻度上。机械零点指针被预调到室温（40

C

）可补偿冷端损失2026/7/19电桥补偿法

XT-WBC热电偶冷端补偿器

电桥补偿法是利用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，可购买与被补偿热电偶对应型号的补偿电桥。

2026/7/19活动2.学习热电偶的使用方法

选择带温度测量功能的数字万用表。使用万用表测量室内温度，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。寻找热电偶的工作端焊接点。1、万用表中的热电偶2026/7/192、工业热电偶的一般使用方法我国生产的热电偶符合ITS-90（国际温标）所规定的标准，其一致性较好。工程上规定了每一种标准热电偶配套的仪表，仪表的显示值为温度，不需要用户再自己改制。动圈式仪表命名为XC系列，有指示型（XCZ）和指示调节型（XCT）等系列品种。最常用的K型热电偶配套的动圈仪表为XCZ-101或XCT-101等。数字式仪表也有指示型（XMZ）和指示调节型（XMT）等几种系列产品。活动2.学习热电偶的使用方法

2026/7/192、工业热电偶的一般使用方法热电偶／热电阻温度变送器模块是一种现场安装式温度变送单元。它采用二线制传送方式(电源输入与信号输出为二根公用导线)，输出与被测温度成线性的4—20mA电流信号。变送器可以安装于热电偶、热电阻的接线盒内与之形成一体化结构，也可单独安装于仪表盘内作转换单元。2026/7/19单元四、气敏和湿敏传感器单元目标：通过本单元的学习和训练，了解常见气敏和湿敏元件的特性。通过制作实践，了解气敏电阻的应用和湿度的测量方法。2026/7/19任务一、了解气敏传感器的应用

活动1：认识常见的气敏元件

气敏传感器是一种能将气体中的特定成分（浓度）检测出来，并将它转换成电信号的器件。气敏传感器一般用于环境监测和工业过程检测，2026/7/19活动2：检测气敏元件MQ-3

反复接通和断开S，分别测量元件A、B之间的电阻值变化；再在S接通的情况下，将内盛酒精的小瓶瓶口靠近传感器，观察电阻值的变化。2026/7/19活动3：用TGS109制作一个简单的天然气报警器2026/7/19制作天然气报警器气敏传感器TGS109在空气中的电阻较大、电流较小、蜂鸣器不发声；当室内天然气浓度约为1%时，它的电阻较低，流经电路的电流较大（此时电流方向如图2-30中箭头所示），可直接驱动蜂鸣器报警。制作前，要准备好电源、蜂鸣器、电阻等制作报警器的必备材料。制作完毕