1、項目二 溫度檢測學(xué)習(xí)目標(biāo)1能認(rèn)識常用溫度傳感器。了解溫度傳感器的分類和特性。2了解熱電偶的工作原理。3掌握熱電偶的冷端補償方法。4會使用熱電偶分度表。5了解熱電阻、熱敏電阻和集成溫度傳感器的特點、工作原理和測量轉(zhuǎn)換電路。6了解紅外輻射的基本知識和特性。7能理解各種溫度傳感器的應(yīng)用電路。本章任務(wù)任務(wù)一 軋鋼爐的溫度檢測任務(wù)二 管道溫度檢測任務(wù)三 電冰箱溫度檢測任務(wù)四 空調(diào)器的溫度檢測 任務(wù)五 非接觸式體溫檢測 熱電偶傳感器是一種自發(fā)電式傳感器，測量時不需要外加電源，直接將被測量轉(zhuǎn)換成電勢輸出。使用十分方便，常被用作測量爐子、管道內(nèi)的氣體或液體的溫度及固體的表面溫度。它的測溫范圍很廣，常用的熱電偶

2、測溫范圍為501600，某些特殊熱電偶最低可測270，最高可達(dá)2800。 任務(wù)一 軋鋼爐的溫度檢測接線盒引出線套管不銹鋼保護套管熱電偶工作端固定螺紋普通裝配型熱電偶的外形 任務(wù)一 軋鋼爐的溫度檢測各種鎧裝型熱電偶 任務(wù)一 軋鋼爐的溫度檢測各種防爆型熱電偶 任務(wù)一 軋鋼爐的溫度檢測（a）普通熱電偶；（b）鎧裝熱電偶熱電偶的結(jié)構(gòu) 任務(wù)一 軋鋼爐的溫度檢測標(biāo)準(zhǔn)型熱電偶及基本特性 熱電偶名稱分度號測溫范圍特點鉑銠30-鉑銠6B2001700測溫上限高，性能穩(wěn)定，精度高，熱電勢小，價格貴。鉑銠13-鉑R01600性能穩(wěn)定，精度高，復(fù)現(xiàn)性好；熱電勢較小，價格貴，不能在金屬蒸氣和還原性氣體中使用。鉑銠10-

3、鉑S01600同上。在所有熱電偶中，準(zhǔn)確度最高，用作標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)溫度計使用。鎳鉻-鎳硅K-2001200測溫范圍寬，熱電勢大且近似為線性，價格便宜，性能穩(wěn)定，應(yīng)用最廣。鎳鉻-康銅E-200800線性好，熱電勢最大，價格便宜。鐵-康銅J-200750價格便宜，熱電勢較大，極易氧化。銅-康銅T-200400精度高，性能穩(wěn)定，線性好，適用于低溫測量。鎳鉻硅-鎳硅N-2001200新型熱電偶，性能優(yōu)于K型。 任務(wù)一 軋鋼爐的溫度檢測（二）熱電偶工作原理一、熱電效應(yīng)： 由兩種不同成分的導(dǎo)體組成一個閉合回路，當(dāng)閉合回路的兩個接點分別置于不同的溫度場中，回路中產(chǎn)生一個方向和大小與導(dǎo)體的材料及兩接點的溫度有關(guān)的電

4、動勢，這種效應(yīng)稱為“熱電效應(yīng)”，或稱溫差電效應(yīng)。 熱電偶的基本工作原理演示 任務(wù)一 軋鋼爐的溫度檢測1熱電偶：導(dǎo)體A、B組成的回路。2熱電極：兩種導(dǎo)體A、B。3熱電勢：閉合回路中的電勢。4測量端（工作端、熱端）：置于被測溫度（T）中。5參考端（自由端、冷端）：置于恒定溫度（T0）中。 任務(wù)一 軋鋼爐的溫度檢測（三）熱電偶的基本定律一、均質(zhì)導(dǎo)體定律： 如果熱電偶回路中的兩個熱電極材料相同，無論兩接點的溫度如何，熱電偶回路內(nèi)的總熱電動勢均為零。 實際應(yīng)用可以用來測什么？ 任務(wù)一 軋鋼爐的溫度檢測二、中間導(dǎo)體定律： 在熱電偶A、B回路中接入第三種導(dǎo)體C，只要第三種導(dǎo)體的兩接點溫度相同，則回路中總的電

5、動勢不變。在回路中接入各種儀表，會不會影響回路的電動勢？ 任務(wù)一 軋鋼爐的溫度檢測三、標(biāo)準(zhǔn)電極定律： 如果兩種導(dǎo)體A、B分別與第三種導(dǎo)體C組成的熱電偶的熱電動勢已知，則由這兩種導(dǎo)體組成的熱電偶的熱電動勢也就已知。應(yīng)用：測得各種 金屬與純鉑組成的熱電動勢，則各種金屬相互組成的熱電偶的熱電動勢也可知。 任務(wù)一 軋鋼爐的溫度檢測四、中間溫度定律： 熱電偶在兩接點溫度T、T0時的熱電動勢等于該熱電偶在接點溫度為T、Tn和Tn、T0時的相應(yīng)熱電動勢的代數(shù)和。 任務(wù)一 軋鋼爐的溫度檢測 任務(wù)一 軋鋼爐的溫度檢測 如下圖所示，將熱電偶的熱端插入爐內(nèi)檢測軋鋼爐的溫度T，冷端通過補償導(dǎo)線與測量儀表的輸入銅導(dǎo)線相

6、連，并插入冰瓶，保證T00，此時通過測量儀表測得的熱電勢即可確定爐內(nèi)的實際溫度。假如冷端溫度T0不能保證為0，則須進行計算修正。 測量軋鋼爐的溫度示意圖 任務(wù)一 軋鋼爐的溫度檢測熱電偶的選擇、安裝使用和校驗： 熱電偶的選用應(yīng)該根據(jù)被測介質(zhì)的溫度、壓力、介質(zhì)性質(zhì)、測溫時間長短來選擇熱電偶和保護套管。安裝點要代表性，安裝方法要正確。一般將熱電偶安裝在管道的中心線位置上，并使熱電偶測量端面向流體，使測量端充分與被測介質(zhì)接觸，提高測量準(zhǔn)確性，盡可能測得介質(zhì)的真實溫度。為保證測溫精度，熱電偶要定期校驗。校驗的方法是用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶與被校驗熱電偶在同一校驗爐或恒溫水槽中進行比對。 任務(wù)一 軋鋼爐的溫度檢測熱電

7、偶測溫誤差原因：1.熱電偶的非均勻性分度誤差：由于熱電偶材料粗細(xì)不均勻或不純等原因，使熱電偶溫差電特性與統(tǒng)一的分度表有一定的誤差。2.冷端不為零。3.熱電偶長期處于高溫環(huán)境下已氧化變質(zhì)。4.各連接點接觸不良。 任務(wù)一 軋鋼爐的溫度檢測 熱電阻是利用導(dǎo)體的電阻率隨溫度變化這一物理現(xiàn)象來測量溫度的。熱電阻主要用于工業(yè)測溫，它具有靈敏度高，穩(wěn)定性、互換性好，精度高。但它需要外加電源，測量溫度不能太高，主要用于中、低溫度（200650）范圍的溫度測量。 任務(wù)二 管道溫度檢測熱電阻一般由測溫元件（電阻體或電阻絲）、保護管和接線盒三部分組成 鉑熱電阻結(jié)構(gòu)圖1-金屬保護套管；2-熱電阻元件；3-絕緣材料；4

8、-引線 任務(wù)二 管道溫度檢測（a）普通鉑熱電阻 （b）小型鉑熱電阻 任務(wù)二 管道溫度檢測（c）防爆型鉑熱電阻 （d）銅熱電阻 任務(wù)二 管道溫度檢測常用熱電阻的主要技術(shù)性能材料鉑銅使用溫度范圍（）20065050150電阻率（m10-6）0.09810.1060.0170100間電阻溫度系數(shù)（平均值）（1/）0.003850.00428特性線性良好，電阻率較高，容易加工，復(fù)制性好，物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，但溫度系數(shù)較小，價格貴。在測溫范圍內(nèi)線性較好，溫度系數(shù)高，容易提純，價格便宜，但電阻率小，體積大，容易氧化。應(yīng)用作為標(biāo)準(zhǔn)測溫裝置適用低溫，無水分，無腐蝕性介質(zhì)的測溫。 任務(wù)二 管道溫度檢測實施實際應(yīng)

9、用中，熱電阻安裝在生產(chǎn)環(huán)境中，感受被測介質(zhì)的溫度變化，而測量電阻的電橋通常作為信號處理器或顯示儀表的輸入單元，隨相應(yīng)的儀表安裝在控制室。熱電阻作為電橋的一個橋臂，其連接導(dǎo)線也就成為橋臂電阻的一部分，并隨環(huán)境溫度的變化而變化，由于熱電阻很小，連接導(dǎo)線阻值的變化給測量帶來了較大的誤差。為此，工業(yè)上常采用三線制接法，如下圖所示。熱電阻的兩根引線的電阻值被分配在兩個相鄰的橋臂中，若r1=r2,則由環(huán)境溫度變化引起的引線電阻值的變化造成的誤差將相互抵消。 任務(wù)二 管道溫度檢測熱電阻的測量電路（a）r3接檢流計 （b）r3接電源回路 任務(wù)二 管道溫度檢測 數(shù)字節(jié)能電冰箱中有四個感溫探頭，其中兩個感溫探頭感

10、測冷藏室上部和下部溫度，另一個感溫頭感測冷凍室溫度，還有一個位于臺面的感溫頭感測環(huán)境溫度。通過四個探頭感測到環(huán)境、冷藏、冷凍的溫度，再傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)進行處理，根據(jù)結(jié)果精確控制電冰箱的工作。 任務(wù)三 電冰箱溫度檢測熱敏電阻的工作原理 半導(dǎo)體材料的電阻率溫度系數(shù)有從（16）/60/范圍內(nèi)的各種數(shù)值，它為金屬材料的溫度系數(shù)的10100倍。熱敏電阻就是利用半導(dǎo)體材料的電阻值隨溫度的變化而顯著變化的這一特性制成的測溫傳感器。熱敏電阻測溫范圍在50350。它具有靈敏度高；熱慣性小，反應(yīng)速度快；體積小，使用方便；制作簡單，價格低廉，易于大批量生產(chǎn)等優(yōu)點。 任務(wù)三 電冰箱溫度檢測熱敏電阻的外形結(jié)構(gòu)及符號）圓片

11、型 b）柱型 c）珠型 d）鎧裝型 e）厚膜型 f）圖形符號1-熱敏電阻；2-玻璃外殼；3-引出線；4-紫銅外殼；5-傳熱安裝孔 任務(wù)三 電冰箱溫度檢測各種熱敏電阻的外形圖 任務(wù)三 電冰箱溫度檢測各種熱敏電阻的外形圖 任務(wù)三 電冰箱溫度檢測熱敏電阻的分類溫度系數(shù) 負(fù)指數(shù)型負(fù)突變型（CTR） 負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）正溫度系數(shù)的熱敏電阻（PTC） 線性型突變型 任務(wù)三 電冰箱溫度檢測各種熱敏電阻的特性pn結(jié)溫度特性演示基本工作原理演示 任務(wù)三 電冰箱溫度檢測一、負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻NTC： 電阻率隨著溫度的增加比較均勻的減小的熱敏電阻。主要用于溫度測量和補償，測溫范圍一般為50350，溫度系數(shù)

12、為（16）/。應(yīng)用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC）一般用于各種電子產(chǎn)品中作微波功率測量、溫度檢測、溫度補償、溫度控制及穩(wěn)壓用，選用時應(yīng)根據(jù)應(yīng)用電路的需要選擇合適的類型及型號。 任務(wù)三 電冰箱溫度檢測二、正溫度系數(shù)熱敏電阻PTC：一種新型的測溫器件，溫度變化與電阻率變化之間呈線性關(guān)系。應(yīng)用正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTC）一般用于電冰箱壓縮機起動電路、彩色顯像管消磁電路、電動機過電流過熱保護電路、限流電路及恒溫電加熱電路。 任務(wù)三 電冰箱溫度檢測三、PTC（突變）、CTR熱敏電阻：電阻率隨著溫度的變化而變化，當(dāng)超過某一溫度值時，電阻率發(fā)生急劇變化的熱敏電阻，具有開關(guān)特性。在某一較窄溫度范圍內(nèi)做溫度控制

13、開關(guān)或監(jiān)測，應(yīng)選用哪一種？ 任務(wù)三 電冰箱溫度檢測冰箱冷藏室的溫度范圍一般在010；冷凍室溫度范圍在030；環(huán)境溫度在1040。結(jié)合熱敏電阻的相關(guān)知識，可選用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻NTC作為測溫傳感器。 由于熱敏電阻的熱電特性具有非線性，因此在選用時，要挑選在使用溫度范圍內(nèi)線性變化，且壽命長，不易損壞的熱敏電阻。在一些場合，要外加線性化電路或通過查表，才能得到準(zhǔn)確的溫度值。 任務(wù)三 電冰箱溫度檢測由于熱敏電阻的靈敏度高，阻值變化大，可直接用下圖所示電路進行控制顯示 。熱敏電阻溫度控制電路 任務(wù)三 電冰箱溫度檢測變頻空調(diào)有多個感溫探頭，一個安裝在空調(diào)器室內(nèi)蒸發(fā)器進風(fēng)口上，用于檢測室內(nèi)環(huán)境溫度；一個安

14、裝在室內(nèi)蒸發(fā)器管道上，直接與盤管接觸，用于檢測制冷系統(tǒng)蒸發(fā)溫度；一個安裝在室外散熱器上，用于檢測室外環(huán)境溫度；一個安裝在室外散熱器盤管上，用于檢測室外管道溫度；還有一個安裝在室外壓縮機上，用于檢測壓縮機排氣管溫度。多個感溫探頭精確檢測到的溫度送入控制器處理后，可精確控制空調(diào)的運行。 任務(wù)四 空調(diào)器的溫度檢測集成溫度傳感器是將溫度敏感元件和放大、運算及補償電路采用微電子技術(shù)和集成工藝集成在一片芯片上，從而構(gòu)成集測量、放大、電源供電回路于一體的高性能溫度傳感器，又稱溫度IC 任務(wù)四 空調(diào)器的溫度檢測集成溫度傳感器 模擬集成溫度傳感器數(shù)字集成溫度傳感器 集成溫度傳感器測溫精度高、重復(fù)性好、線性優(yōu)、體

15、積小、響應(yīng)速度快、輸出阻抗低，與數(shù)字電路可直接連接。工作溫度范圍較窄（55150）。集成溫度傳感器的分類 任務(wù)四 空調(diào)器的溫度檢測空調(diào)溫度傳感器外形圖 任務(wù)四 空調(diào)器的溫度檢測 AD590是電流輸出型集成溫度傳感器，其輸出電流與環(huán)境絕對溫度成正比，可直接制成絕對溫度儀。它有I、J、K、L、M等五檔型號。其系列產(chǎn)品的外形及符號如圖所示。它共有三個管腳：1腳為正極，2腳為負(fù)極，3腳接管殼。使用時將3腳接地，可起屏蔽作用。 任務(wù)四 空調(diào)器的溫度檢測1測溫范圍：55150；圖2-29 AD590系列產(chǎn)品的外形及符號2非線性：I：3；J：1.5；K：0.8；L：0.4；M：0.3；3二端器件：電壓輸入，

16、電流輸出；4額定溫度系數(shù)：K；5額定輸出電流（25）：298.2；6最大正向電壓：44V；7最大反向電壓：20V。AD590系列集成溫度傳感器外形圖 任務(wù)四 空調(diào)器的溫度檢測AD590是一種電流型的溫度傳感器，它具有較強的抗干擾能力，特別適用于遠(yuǎn)距離溫度測量和控制。 AD590電流電壓轉(zhuǎn)換電路 任務(wù)四 空調(diào)器的溫度檢測引腳符號功能1VCC電源正極2U0電壓輸出3GND接地4外接RC改變RC可改變工作溫度范圍和靈敏度58NC空腳AN6701S集成溫度傳感器它是電壓輸出型集成溫度傳感器，其輸出電壓與環(huán)境絕對溫度成正比。 任務(wù)四 空調(diào)器的溫度檢測 電阻RC用來調(diào)整25下的輸出電壓，使其等于5V，RC

17、的阻值在330k范圍內(nèi)。這時靈敏度可達(dá)109110mV/，在-1080范圍內(nèi)，RC的值與輸出特性的關(guān)系如右圖。AN6701S有很好的線性，非線性誤差不超過0.5%。若在25時借助RC將輸出電壓調(diào)整到5V，則RC的值約在330k間，相應(yīng)的靈敏度為109110mV/。校準(zhǔn)后，在-1080范圍內(nèi)，基本誤差不超過1。 AN6791S輸入特性 任務(wù)四 空調(diào)器的溫度檢測三、主要特性：1工作溫度范圍：10802非線性：0.53靈敏度：（105114）mV/4額定輸出電流：1005工作電壓范圍：5V15V 任務(wù)四 空調(diào)器的溫度檢測空調(diào)器的控溫范圍為1630，各測溫探頭的測溫范圍在1050之間。在這樣的測溫范圍

18、下，用熱敏電阻固然可以，但用集成溫度傳感器，它的檢測精度更高，線性更好，外圍器件很少，結(jié)合集成溫度傳感器的相關(guān)知識，可選用AN6701S型集成溫度傳感器作為空調(diào)測溫傳感器。 任務(wù)四 空調(diào)器的溫度檢測 AN6701S集成溫度傳感器的接線方式 接線方式有如下圖所示的三種：正電源供電（圖a）、負(fù)電源供電（圖b）和輸出極性倒置（圖c）。由實驗得出：環(huán)境溫度為20時，當(dāng)RC1K時，AN6701S的輸出電壓為3.189V；當(dāng)RC10K時，AN6701S的輸出電壓為4.792V；當(dāng)RC100K時，AN6701S的輸出電壓為6.175V。因此，對于檢測一般環(huán)境溫度，AN6701S只要適當(dāng)調(diào)整RC，可省去后續(xù)放

19、大器，直接輸出 。 任務(wù)四 空調(diào)器的溫度檢測AN6701S集成溫度傳感器接線圖 任務(wù)四 空調(diào)器的溫度檢測 任務(wù)四 空調(diào)器的溫度檢測汽車空調(diào)溫度傳感器 任務(wù)四 空調(diào)器的溫度檢測非接觸式溫度檢測在工業(yè)生產(chǎn)中的高溫檢測、民用、醫(yī)療等方面中得到了廣泛地應(yīng)用。非接觸溫度感測器可以測量所有目標(biāo)物體釋放的紅外能量，具有響應(yīng)快的特點。通常被用于測量移動和間歇性目標(biāo)，真空狀態(tài)下的目標(biāo)，由于惡劣環(huán)境空間限制以及安全威脅無法由人接觸的目標(biāo)。工業(yè)生產(chǎn)中溫度檢測 任務(wù)五 非接觸式體溫檢測紅外輻射 任何物體只要在絕對零度以上時，因其內(nèi)部帶電粒子的運動，會以一定波長電磁波的形式向外輻射能量，只是在低溫段的輻射能量很弱。常溫

20、下，自然界的所有物體都是紅外輻射的發(fā)射源，只是紅外輻射的波長不同。例如，人體溫度37，紅外輻射波長為910m（屬遠(yuǎn)紅外區(qū)）；400700物體的紅外輻射波長為35m（屬中紅外區(qū)）。非接觸式測溫傳感器就是利用物體的輻射能量隨溫度而變化的原理制成的。紅外檢測器將吸收的輻射轉(zhuǎn)化為熱能，提高檢測器的溫度。并把溫度變化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成電子信號，放大顯示出來。紅外檢測器可以在短時間內(nèi)遠(yuǎn)距離測量溫度，在某些情況下非常實用。 任務(wù)五 非接觸式體溫檢測電磁波波譜圖 任務(wù)五 非接觸式體溫檢測紅外輻射的物理本質(zhì)是熱輻射。紅外輻射和所有電磁波一樣，是以波的形式在空間直線傳播的。它在真空中的傳播速度與光在真空中的傳播速度相同為

21、3108m/s。傳播時，由于散射、吸收作用，輻射在傳輸過程中逐漸衰減。僅在22.6m、35m和814m三個波段能較好地穿透大氣層。因此這三個波段稱為“大氣窗口”，一般紅外傳感器都工作在這三個波段。 任務(wù)五 非接觸式體溫檢測紅外傳感器紅外傳感器也稱紅外探測器，能把紅外輻射轉(zhuǎn)換成電量變化的裝置。紅外傳感器紅外熱敏探測器紅外光電探測器防盜報警器工作原理演示 任務(wù)五 非接觸式體溫檢測一、紅外熱敏探測器工作原理：利用紅外輻射的熱效應(yīng)制成的，探測器的敏感元件為熱敏元件，它吸收輻射后引起溫度升高，進而使有關(guān)物理參數(shù)發(fā)生相應(yīng)變化，通過測量物理參數(shù)的變化，便可確定探測器所吸收的紅外輻射。紅熱敏探測器熱釋電型熱敏電阻型熱電阻型氣體型 任務(wù)五 非接觸式體溫檢測紅外熱電傳感器結(jié)構(gòu)圖（a）結(jié)構(gòu) （b）內(nèi)部電路 任務(wù)五 非接觸式體溫檢測二、紅外光電探測器又稱光子探測器，它利用入射紅外輻射的光子流與探測器材料中