項目一溫度檢測與信號調(diào)理

完成本項目的學習后，能夠：1、了解溫度傳感器的分類。2、了解熱電偶工作原理。3、了解集成溫度傳感器的特點。4、了解熱電阻的工作原理。5、了解紅外輻射的基本知識。[學習目標]

[項目描述]

任務1：軋鋼加熱爐溫度檢測[任務背景]在軋鋼過程中，需要對溫度進行精確地測量。根據(jù)軋鋼加熱爐的溫度范圍，可選擇熱電偶。

[相關知識]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，直接將被測量轉換成電勢輸出。

一、熱電偶的外形、特性及種類（一）、常用熱電偶的外形和特性（二）、熱電偶的種類標準型熱電偶是指國家標準規(guī)定了其熱電勢與溫度的關系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標準分度表的熱電偶。我國從1991年開始采用國際計量委員會規(guī)定的“1990年國際溫標”（簡稱ITS-90）的新標準。二、熱電偶的工作原理（一）、熱電效應a）熱電效應b）結點產(chǎn)生熱電動勢示意c）圖形符號1－工作端2－熱電極3－指南針4－參考端（二）、熱電動勢圖1-3熱電偶熱電動勢示意圖三、熱電偶的基本定律（一）、中間導體定律在熱電偶回路中接入第三種導體，只要第三種導體的兩端溫度相同，則回路總的熱電動勢不變。

這種性質(zhì)在實際應用中有著重要的意義，它使我們可以方便地在回路中直接接入各種類型的儀表，也可以將熱電偶的兩端不焊接而直接插入液態(tài)金屬中或直接焊接在金屬表面進行溫度測量。（二）、中間溫度定律在熱電偶測量回路中，測量端溫度為t，自由端溫度為t0，中間溫度為t0′，則t、t0的熱電勢等于t、t0′與t0′、t0的熱電勢的代數(shù)和，這就是中間溫度定律。

圖1-4中間溫度定律示意圖t+0t0t=tABABt0′AB該定律表明，選用與A、B熱電偶特性相近的廉價熱電偶的代替t0′、t0熱電偶A、B，便可使測量距離增長，測溫成本降低，而且不受原熱電偶自由端溫度t0′的影響。這就是在實際測量中，對冷端溫度進行修正，運用補償導線延長測溫距離，消除熱電偶自由端溫度變化影響的道理。（三）、標準電極定律如果兩種導體A、B分別與第三種導體C組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢已知，則由A、B導體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢也就已知，這個定律就稱為標準電極定律。C

A

C

B

t0 t

參考電極定律大大簡化了熱電偶選配電極的工作，只要獲得有關熱電極與參考電極配對的熱電動勢，那么任何兩種熱電極配對時的電動勢均可利用該定律計算，而不需要逐個進行測定。四、熱電偶冷端補償方法為使熱電動勢與被測溫度間呈單值函數(shù)關系，需要把熱電偶冷端的溫度保持恒定。由于熱電偶的分度表是在其冷端溫度t0=0℃條件下測得的，所以只有在滿足t0=0℃的條件下，才能直接應用分度表。但在實際中，熱電偶的冷端通?？拷粶y對象，且受到周圍環(huán)境溫度的影響，其溫度不是恒定不變的。為此必須采用一些措施進行補償或者修正，常用的方法有以下幾種。（一）、0℃恒溫法1－被測流體管道2－熱電偶3－接線盒4－補償導線5－銅質(zhì)導線6－毫伏表7－冰瓶8－冰水混合物9－試管10－新的冷端

將熱電偶的冷端置于裝有冰水混合物的恒溫器內(nèi)，使冷端溫度保持0℃不變，此法也稱冰浴法。

（二）、補償導線法

實際測溫時，由于熱電偶長度有限，自由端溫度將直接受到被測物溫度和周圍環(huán)境溫度的影響。工業(yè)中一般是采用補償導線來延長熱電偶的冷端，使之遠離被測物。

a）補償導線結構b）接線圖c）補償導線的外形1－測量端2－熱電極3－接線盒14－補償導線5－接線盒2(新的冷端)6－銅引線7－毫伏表

（三）、計算修正法當冷端溫度t0保持恒定，但不等于0℃時，可采用計算修正法，對熱電偶回路的測量熱電動勢EAB(t，t0)加以修正。[例1.2]用鎳鉻-鎳硅熱電偶測量加熱爐溫度。已知冷端溫度t0=30℃，測得熱電勢EAB（t，t0）為33.29mV，求加熱爐的溫度？解：先由鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表查得EAB（30，0）＝1.203mV。根據(jù)中間溫度定律可得：EAB（t，0）=EAB(t，t0)+EAB(t0，0)=33.29+1.203=34.493mV再查鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表得t=829.8℃，即為實際爐溫。（四）、電橋補償法

電橋補償法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的電勢來補償熱電偶因冷端溫度無法恒定而引起的熱電勢變化值。補償電橋現(xiàn)已標準化。（五）、儀表機械零點調(diào)整法對于具有零位調(diào)整的顯示儀表而言，如果熱電偶冷端溫度t0較為恒定時，可采用測溫系統(tǒng)未工作前，預先將顯示儀表的機械零點調(diào)整到已知的冷端溫度值上。這相當于把熱電勢修正值E（t0，0）預先加到了顯示儀表上，當此測量系統(tǒng)投入工作后，顯示儀表的示值就是實際的被測溫度值。使用時要注意：當氣溫變化時，由于t0變化了，應及時調(diào)整指針的位置。（六）、利用半導體集成溫度傳感器補償法五.熱電偶的使用及配套儀表

熱電偶安裝時注意：1、為了使熱電偶的測量端與被測介質(zhì)之間有充分的熱交換，應合理選擇測量點位置，盡量避免在閥門，彎頭及管道和設備的死角附近裝設熱電偶。2、帶有保護套管的熱電偶有傳熱和散熱損失，為了減少測量誤差，熱電偶應該有足夠的插入深度：(1)對于測量管道中心流體溫度的熱電偶，一般都應將其測量端插入到管道中心處(垂直安裝或傾斜安裝)；(2)對于高溫高壓和高速流體的溫度測量(如主蒸汽溫度)，為了減小保護套對流體的阻力和防止保護套在流體作用下發(fā)生斷裂，可采取保護管淺插方式或采用熱套式熱電偶。淺插式的熱電偶保護套管，其插入主蒸汽管道的深度應不小于75mm；熱套式熱電偶的標準插入深度為100mm；(3)假如需要測量是煙道內(nèi)煙氣的溫度，盡管煙道直徑為4m，熱電偶或熱電阻插入深度1m即可；(4)當測量原件插入深度超過1m時，應盡可能垂直安裝，或加裝支撐架和保護套管。[拓展知識]

基于冷端補償和非線性校正的熱電偶信號調(diào)理電路

任務2：管道溫度檢測[任務背景]管道輸送的氣體、石油、水等介質(zhì)的溫度高低與輸送壓力一樣，也直接影響到介質(zhì)輸送的安全。

[相關知識]在中、低溫區(qū)，一般是使用熱電阻來進行溫度測量。

一、熱電阻的外形及種類常用熱電阻的外形、種類與熱電偶相似。

二、熱電阻的工作原理

熱電阻傳感器是利用導體或半導體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進行測溫的。

三、正確使用熱電阻測溫

熱電阻的測量方法有恒壓法和恒流法兩種。恒壓法就是保持熱電阻兩端的電壓恒定，測量電流變化的方法。恒流法就是保持流經(jīng)熱電阻的電流恒定，測量其兩端電壓的方法。（一）、二線式鉑熱電阻溫度測量電路實例

（二）、三線式鉑熱電阻溫度測量電路實例

（三）、四線式鉑熱電阻溫度測量電路實例[拓展知識]

熱電阻用于管道流量檢測

任務3：數(shù)字電冰箱溫度檢測[任務背景]帶溫度控制的家用電器因溫度可調(diào)、溫度控制精確和節(jié)能等各種高性能，讓越來越多的家庭接受。如電冰箱、飲水機、電飯鍋、熱水器、電熱毯、電熨斗等，都需要對溫度進行檢測。

[相關知識]熱敏電阻是利用半導體材料的電阻率隨溫度變化較顯著的特點制成的一種熱敏元件。

一、熱敏電阻的外