傳感器及應(yīng)用2024/9/221

模塊一認(rèn)識(shí)傳感器

傳感器技術(shù)是一項(xiàng)當(dāng)今世界令人矚目的迅猛發(fā)展起來的高新技術(shù)之一。如果說計(jì)算機(jī)是人類大腦的擴(kuò)展，那么傳感器就是人類五官的延伸。當(dāng)集成電路、計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展時(shí)，人們才逐步認(rèn)識(shí)信息攝取裝置——傳感器沒有跟上信息技術(shù)的發(fā)展而驚呼“大腦發(fā)達(dá)、五官不靈”。2024/9/22

模塊一認(rèn)識(shí)傳感器

課題一傳感器的認(rèn)識(shí)

課題二傳感器的技術(shù)指標(biāo)2024/9/22[任務(wù)導(dǎo)入]

在現(xiàn)代化的大都市中，高樓大廈鱗次櫛比，大廈里看似舒適的環(huán)境，卻因空調(diào)系統(tǒng)的通風(fēng)管道清潔不便致使室內(nèi)空氣污濁，影響人們的身體健康。在狹小的空間里，要完成清掃工作是件不容易的事。

瑞典某公司設(shè)計(jì)的通風(fēng)管道清洗機(jī)器人專門用于清潔及維護(hù)大廈中央空調(diào)系統(tǒng)的通風(fēng)管道。

課題一傳感器的認(rèn)識(shí)2024/9/222024/9/22

管道清洗機(jī)器人是由坦克狀的車、各種傳感器、顯示器、錄像機(jī)、控制箱及操控桿組成。

工作人員可以根據(jù)機(jī)器人感受到的外部信息用操控桿控制機(jī)器人前進(jìn)、倒退、轉(zhuǎn)彎，清掃通風(fēng)管道。

機(jī)器人之所以能感受到外界環(huán)境的各種信息，正是因?yàn)樵跈C(jī)器人的各部位安裝了相應(yīng)的傳感器來感覺環(huán)境信息。那么什么是傳感器？它能夠起什么作用？本課題任務(wù)就是認(rèn)識(shí)傳感器，了解傳感器在人們生活以及自動(dòng)化生產(chǎn)中的作用。2024/9/22◆知識(shí)點(diǎn)¤了解傳感器的作用與分類¤學(xué)習(xí)傳感器的組成和適用場所◆技能點(diǎn)¤掌握傳感器的組成與使用2024/9/22[相關(guān)知識(shí)]一、傳感器的認(rèn)識(shí)

力傳感器流量傳感器視覺傳感器

位移傳感器壓力傳感器2024/9/22

傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的非電量信息，如溫度、壓力、流量、位移等，并將檢測到的信息，按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，用以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄或控制等要求。

傳感器是自動(dòng)化系統(tǒng)和機(jī)器人技術(shù)中的關(guān)鍵部件，它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測的首要環(huán)節(jié)，為自動(dòng)控制提供控制依據(jù)。傳感器在機(jī)械電子、測量、控制、計(jì)量等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。2024/9/22二、傳感器的定義及組成

電量一般是指物理學(xué)中的電學(xué)量，如電壓、電流、電阻、電容、電感等；

非電量則是指除電量之外的一些參數(shù)，如壓力、流量、尺寸、位移量、重量、力、速度、加速度、轉(zhuǎn)速、溫度、濃度、酸堿度等等。在眾多的實(shí)際測量中，大多數(shù)是對(duì)非電量的測量。

2024/9/22國家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對(duì)傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成?！?/p>

廣義地說，傳感器就是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)換成便于測量、便于利用的電信號(hào)的器件，可以用下圖所示的框圖簡單表示。2024/9/22

傳感器一般由敏感元件、傳感元件和測量電路組成。敏感元件直接與被測量接觸，轉(zhuǎn)換成與被測量有確定關(guān)系、更易于轉(zhuǎn)換的非電量（如壓力轉(zhuǎn)化成位移、流量轉(zhuǎn)化成速度）；傳感元件再將這一非電量轉(zhuǎn)換成電參量（如電阻、電容、電感）。

傳感元件輸出的信號(hào)幅度很小，而且混雜有干擾信號(hào)和噪聲，轉(zhuǎn)換電路能夠起到濾波、線性化、放大作用，轉(zhuǎn)化成易于測量、處理的電信號(hào)，如電壓、電流、頻率等。2024/9/22

應(yīng)該指出，不是所有傳感器都有敏感和傳感元件之分，有些傳感器的敏感元件可以直接將非電量轉(zhuǎn)化成電參量的變化。

比如鉑電阻式溫度傳感器：當(dāng)所測溫度變化時(shí)，其敏感元件的電阻值變化，經(jīng)測量電路直接轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)或電流信號(hào)。

也不是所有傳感器都包含測量電路，有些傳感器因測量環(huán)境惡劣，測量電路不能正常工作或誤差較大，這樣的傳感器和測量轉(zhuǎn)換電路是分開的。比如溫度傳感器，電子元器件的工作溫度最高為125℃，當(dāng)所測溫度較高時(shí)，溫度傳感器不能包含測量電路。

2024/9/22三、傳感器的分類目前對(duì)傳感器尚無一個(gè)統(tǒng)一的分類方法，但比較常用的有如下三種：

１.按傳感器的物理量分類，可分為溫度、壓力、流量、速度、位移、力等傳感器。

２.按傳感器工作原理分類，可分為電阻、電容、電感、霍爾、光電、熱電偶等傳感器。

３.傳感器輸出信號(hào)的性質(zhì)分類，可分為：輸出為開關(guān)量（“１”和“0”或“開”和“關(guān)”）的開關(guān)型傳感器；輸出為模擬量的模擬型傳感器；輸出為脈沖或代碼的數(shù)字型傳感器。

2024/9/22四、傳感器的作用在檢測和自動(dòng)控制系統(tǒng)中，傳感器的作用相當(dāng)于人的五官，常將傳感器的功能與人類5大感覺器官相比擬：光敏傳感器——視覺

聲敏傳感器——聽覺

氣敏傳感器——嗅覺

化學(xué)傳感器——味覺

壓敏、溫敏、流體傳感器——觸覺自動(dòng)化程度越高，系統(tǒng)對(duì)傳感器的依賴性越大，傳感器對(duì)系統(tǒng)功能的決定性作用越明顯。

2024/9/222024/9/22課題二傳感器的技術(shù)指標(biāo)[任務(wù)導(dǎo)入]

要實(shí)時(shí)監(jiān)測一個(gè)高溫箱的溫度：測量溫度大約為50℃

～80℃，檢測結(jié)果的精度要達(dá)到1℃

。

現(xiàn)有三種帶數(shù)字顯示表的溫度傳感器，它們的量程分別是0℃

～500℃、0℃

～300℃、0℃

～100℃，精度等級(jí)分別是0.2級(jí)、0.5級(jí)和1.0級(jí)，為了滿足需要，你應(yīng)該怎樣選擇呢？判別傳感器好壞的標(biāo)準(zhǔn)是什么？

本課題任務(wù)就是通過學(xué)習(xí)傳感器的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的含義，了解傳感器的判別標(biāo)準(zhǔn)。2024/9/22◆知識(shí)點(diǎn)¤了解傳感器的判別標(biāo)準(zhǔn)¤學(xué)習(xí)傳感器各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的含義◆技能點(diǎn)¤掌握傳感器的誤差計(jì)算與一般選用2024/9/22[相關(guān)知識(shí)]一、測量誤差與儀表等級(jí)在實(shí)際測量過程中，由于測量儀器的精度限制，測量原理和方法不完善，或測量者感官能力的限制，測量的結(jié)果不可能絕對(duì)精確，總會(huì)產(chǎn)生誤差。

誤差是測量值與真實(shí)值之差，分為絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差。2024/9/221．絕對(duì)誤差△絕對(duì)誤差反映測量值偏離真值的大?。?/p>

△＝Ax-A0式中Ax：測量值；A0：理論真值。

絕對(duì)誤差△和測量值A(chǔ)x具有相同的單位。用絕對(duì)誤差無法比較不同測量結(jié)果的可靠程度。2．相對(duì)誤差γ人們用測量值的絕對(duì)誤差與測量值之比來評(píng)價(jià)，稱它為相對(duì)誤差，并可化成百分比，也叫百分誤差。相對(duì)誤差γ由下式計(jì)算：式中Ax：測量值；A0：理論真值2024/9/22絕對(duì)誤差是有單位的，和被測量具有相同的量綱。用絕對(duì)誤差無法比較不同的量程、不同測量結(jié)果的誤差，多數(shù)場合評(píng)價(jià)儀表精度都用相對(duì)誤差。

例如：用天平測得兩個(gè)物體的質(zhì)量分別是100.0克和1.0克，兩次測量的絕對(duì)誤差都是0.1克，從絕對(duì)誤差來看，對(duì)兩次測量的評(píng)價(jià)是相同的，但是前者的相對(duì)誤差為0．1%，后者則為10%，后者的相對(duì)誤差是前者的一百倍。所以，只有用相對(duì)誤差才能夠表達(dá)儀表測量結(jié)果的可靠程度，即誤差。2024/9/223．儀表的準(zhǔn)確度S在正常的使用條件下，儀表測量結(jié)果的準(zhǔn)確程度叫儀表的準(zhǔn)確度。

式中Δm：最大絕對(duì)誤差；Am：儀表的滿量程準(zhǔn)確度等級(jí)是衡量儀表質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一。我國模擬量工業(yè)儀表等級(jí)分為七個(gè)等級(jí)：儀表等級(jí)0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0，基本誤差±0.1％±0.2％、±0.5％、±1.0％、±1.5％、±2.5％、±5.0％儀表準(zhǔn)確度習(xí)慣上稱為精度，準(zhǔn)確度等級(jí)習(xí)慣上稱為精度等級(jí)。應(yīng)該指出，誤差與錯(cuò)誤不能相提并論：誤差不可能避免，而錯(cuò)誤則可以避免。2024/9/22二、傳感器的技術(shù)指標(biāo)

1．傳感器的靜態(tài)技術(shù)指標(biāo)傳感器的靜態(tài)特性是指傳感器的輸入信號(hào)不隨時(shí)間變化時(shí)，傳感器的輸入與輸出之間所對(duì)應(yīng)的關(guān)系。表征傳感器靜態(tài)特征的技術(shù)指標(biāo)主要有：線性度、遲滯、重復(fù)性、靈敏度和分辨力等。2024/9/22（1）傳感器的靈敏度靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài)工作情況下輸出量變化△y對(duì)輸入量變化△x的比值。它是輸出—輸入特性曲線的斜率。如果傳感器的輸出和輸入之間呈線性關(guān)系，則靈敏度S是一個(gè)常數(shù)。否則，它將隨輸入量的變化而變化。靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之比。當(dāng)傳感器的輸出、輸入量的量綱相同時(shí)，靈敏度可理解為放大倍數(shù)。

例如，某溫度傳感器，在溫度變化1℃時(shí)，輸出電壓變化為20mV，則其靈敏度應(yīng)表示為20mV/℃。2024/9/22（2）傳感器的分辨力分辨力是指傳感器可能感受到的被測量最小變化的能力。也就是說，如果輸入量小于分辨力時(shí)，傳感器的輸出不會(huì)發(fā)生變化，即傳感器對(duì)此輸入量的變化是分辨不出來的。只有當(dāng)輸入量的變化超過分辨力時(shí)，其輸出才會(huì)發(fā)生變化。通常傳感器在滿量程范圍內(nèi)各點(diǎn)的分辨力是不相同的。在選用傳感器時(shí)應(yīng)特別關(guān)注該項(xiàng)指標(biāo)，特別是在要求測量精度較高的時(shí)候，傳感器的精度雖然較高，但如果分辨力低，仍不能滿足測量要求。

2024/9/22（3）傳感器的線性度δL人們總希望傳感器的輸入與輸出成唯一的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而且最好呈線性關(guān)系，便于儀表顯示。但一般情況下，受外界環(huán)境的各種影響，傳感器輸入輸出不會(huì)完全符合線性關(guān)系。線性度（非線性誤差）就表示傳感器的輸入—輸出特性近似于一條直線的程度，計(jì)算公式如下：

式中ΔLmax—實(shí)際測量曲線與理論直線（擬和直線）間的最大差值；

Ymax-Ymin—傳感器最大輸出范圍。

2024/9/221—擬合直線2—實(shí)際特性曲線理論直線（擬合直線）的獲得方法有多種。如將傳感器特性曲線的零點(diǎn)和滿量程點(diǎn)相連所成的直線作為的理論直線；或用最小二乘法擬合直線作為理論直線。

2024/9/22（4）傳感器的遲滯δH傳感器正行程（輸入量增大）和反行程（輸入量減?。┑妮斎?輸出特性曲線不能完全重合。遲滯是指傳感器在相同工作條件下全測量范圍校準(zhǔn)時(shí)，正、反行程校準(zhǔn)曲線間的最大差值，在數(shù)值上用此最大差值對(duì)滿量程輸出的百分比來表示，計(jì)算公式如下：式中ΔHmax—正、反行程校準(zhǔn)曲線間的最大差值。遲滯會(huì)引起傳感器的分辨力變差，或造成測量盲區(qū)。

1—正向特性2—反向特性2024/9/22（5）重復(fù)性δR重復(fù)性是指傳感器在相同的工作條件下，輸入按同一方向作全測量范圍連續(xù)變動(dòng)多次時(shí)（一般為3次），特性曲線的不一致性。在數(shù)值上用各校準(zhǔn)點(diǎn)上正、反行程的平均值與測量數(shù)據(jù)的最大差值對(duì)滿量程輸出的百分比值來表示，計(jì)算公式如下：

式中ΔRmax—正、反行程校準(zhǔn)點(diǎn)測量平均值與測量數(shù)據(jù)間的最大差值。傳感器的靜態(tài)測量精度包含線性度、遲滯、重復(fù)性。2024/9/222．傳感器的動(dòng)態(tài)指標(biāo)動(dòng)態(tài)特性，是指傳感器在輸入隨時(shí)間變化時(shí)，它的輸出的特性。主要考慮兩項(xiàng)指標(biāo)：動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間和頻率響應(yīng)范圍。傳感器的響應(yīng)動(dòng)態(tài)信號(hào)時(shí)總有一定的延遲，即動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間。在測量時(shí)總希望延遲時(shí)間越短越好。傳感器的頻率響應(yīng)范圍是指傳感器能夠保持輸出信號(hào)不失真的頻率范圍。傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測量的頻率范圍，傳感器的頻率響應(yīng)高，可測的信號(hào)頻率范圍就寬。傳感器的頻率響應(yīng)范圍主要受傳感器結(jié)構(gòu)特性的影響，固有頻率低的傳感器，其頻率響應(yīng)也較低。在校驗(yàn)傳感器的動(dòng)態(tài)特性時(shí)，常用一些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)來表示，如階躍信號(hào)、正弦信號(hào)，即可求得動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間和頻率響應(yīng)范圍。2024/9/22三、傳感器的一般選擇原則現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬別，如何根據(jù)具體的測量目的、測量對(duì)象以及測量環(huán)境合理地選用傳感器，是在組成測量系統(tǒng)時(shí)首先要解決的問題。當(dāng)傳感器確定之后，與之相配套的測量方法和測量設(shè)備也就可以確定了。測量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。如何選擇合適的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因?yàn)椋词故菧y量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件具體分析。我們應(yīng)從以下幾方面因素進(jìn)行考慮:2024/9/221．與測量條件有關(guān)的因素

(1)測量的目的；

(2)被測試量的選擇；

(3)測量范圍；

(4)輸入信號(hào)的幅值，頻帶寬度；

(5)精度要求；

(6)測量所需要的時(shí)間。

2024/9/222．與傳感器有關(guān)的技術(shù)指標(biāo)

(1)精度；

(2)穩(wěn)定度；

(3)響應(yīng)特性；

(4)模擬量與數(shù)字量；

(5)輸出幅值；

(6)對(duì)被測物體產(chǎn)生的負(fù)載效應(yīng)；

(7)校正周期；

(8)超標(biāo)準(zhǔn)過大的輸入信號(hào)保護(hù)。

2024/9/223．與使用環(huán)境條件有關(guān)的因素

(1)安裝現(xiàn)場條件及情況；

(2)環(huán)境條件(濕度、溫度、振動(dòng)等)；

(3)信號(hào)傳輸距離；

(4)所需現(xiàn)場提供的功率容量；

(5)安裝現(xiàn)場的電磁環(huán)境

。

2024/9/224．與購買和維修有關(guān)的因素

(1)價(jià)格；

(2)零配件的儲(chǔ)備；

(3)服務(wù)與維修制度、保修時(shí)間；

(4)交貨日期。2024/9/22[任務(wù)實(shí)施]在本課題中，要實(shí)時(shí)監(jiān)測一個(gè)高溫箱的溫度，在選擇溫度傳感器時(shí)，主要從技術(shù)指標(biāo)和成本兩方面考慮。技術(shù)指標(biāo)上測量精度是主要因素。分別計(jì)算它們的最大相對(duì)誤差進(jìn)行比較：如果選用0℃

～500℃、0.2級(jí)的溫度傳感器，它的最大示值相對(duì)誤差為:2024/9/22如果選用0℃

～300℃、0.5級(jí)的溫度傳感器，它的最大示值相對(duì)誤差為:如果選用0℃

～100℃、1.0級(jí)的溫度傳感器，它的最大示值相對(duì)誤差為:精度計(jì)算表明:(0℃

～300℃、0.5級(jí))溫度傳感器的示值相對(duì)誤差較大，(0℃

～500℃、0.2級(jí))的溫度傳感器與(0℃～100℃、1.0級(jí))的溫度傳感器示值相對(duì)誤差相同。成本考慮：精度0.2級(jí)的溫度傳感器價(jià)格較高，量程為0℃

～500℃，80℃輸出時(shí)，靈敏度較小。選用0℃

～100℃、1.0級(jí)的溫度傳感器比較合適。2024/9/22

模塊二

溫度的測量溫度是一個(gè)最基本的物理量，廣泛應(yīng)用于日常生活與工業(yè)生產(chǎn)的溫度控制中，如大家熟知的飲水機(jī)、冰箱、冷柜、空調(diào)、微波爐等制冷、制熱產(chǎn)品都需要進(jìn)行溫度測量進(jìn)而實(shí)現(xiàn)溫度控制；汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、油箱、水箱的溫度控制，化纖廠、化肥廠、煉油廠生產(chǎn)過程的溫度控制，冶煉廠、發(fā)電廠鍋爐溫度的控制等都需要溫度傳感器提供控制依據(jù)。2024/9/22

模塊二溫度的測量課題一溫度傳感器課題二膨脹式溫度傳感器課題三電阻式溫度傳感器課題四熱電偶式溫度傳感器2024/9/22[任務(wù)導(dǎo)入]飲水機(jī)將水加熱到100℃時(shí)，飲水機(jī)內(nèi)的電加熱器應(yīng)自動(dòng)停止加熱，所以在飲水機(jī)里有一個(gè)溫度控制器：溫度傳感器將溫度這一物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，提供給控制器（一般為比較放大器），實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)控制。

課題一溫度傳感器

2024/9/222024/9/22在進(jìn)行溫度控制，組成溫度測量系統(tǒng)之前，我們首要任務(wù)是根據(jù)我們的所測介質(zhì)的溫度范圍、要求的精度及安裝形式、價(jià)格來選擇溫度傳感器的種類及結(jié)構(gòu)。本課題的任務(wù)就是：通過了解常用溫度傳感器的結(jié)構(gòu)、種類，熟悉各種溫度傳感器的基本適用范圍及場所，學(xué)會(huì)選用、使用溫度傳感器，組成溫度測量系統(tǒng)，完成溫度的測量、控制任務(wù)。

2024/9/22◆知識(shí)點(diǎn)¤了解溫度傳感器的分類與基本結(jié)構(gòu)

¤學(xué)習(xí)各種溫度傳感器的適用范圍

◆技能點(diǎn)¤掌握溫度傳感器的選用與使用

2024/9/22[相關(guān)知識(shí)]一、溫度傳感器

2024/9/22二、溫度的基本概念

溫度從宏觀性質(zhì)講，溫度表示了物體冷熱程度，物體溫度的高低確定了熱量傳遞的方向；從微觀性質(zhì)講，溫度表示了物體內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。

溫標(biāo)為了進(jìn)行溫度測量，需建立溫度的標(biāo)尺即溫標(biāo)。它規(guī)定了溫度讀數(shù)的起點(diǎn)（零點(diǎn)）以及溫度的單位。國際上規(guī)定的溫標(biāo)有：攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)、國際實(shí)用溫標(biāo)。

2024/9/22（1）攝氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)把在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的熔點(diǎn)定為零度（0℃），把水的沸點(diǎn)定為100度（100℃），在這兩個(gè)溫度點(diǎn)間劃分100等份，每一等份為1攝氏度。國際攝氏溫標(biāo)的符號(hào)為t,國際攝氏溫標(biāo)的溫度單位符號(hào)為℃。（2）華氏溫標(biāo)規(guī)定一定濃度的鹽水凝固時(shí)的溫度定為0℉，把純水凝固時(shí)的溫度定為32℉，把標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水沸騰的溫度定為212℉，用℉代表華氏溫度。華氏溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)的關(guān)系式為：2024/9/22（3）熱力學(xué)溫標(biāo)（物理學(xué)中的絕對(duì)溫度）國際單位制的基本溫標(biāo)。符號(hào)T，單位為開爾文，符號(hào)為K。熱力學(xué)溫標(biāo)以水的固、液、氣三態(tài)平衡共存時(shí)的溫度為基本定點(diǎn)，并規(guī)定其溫度為273.15K。熱力學(xué)溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)存在著下述的關(guān)系：

（4）國際實(shí)用溫標(biāo)與熱力學(xué)溫標(biāo)基本吻合。它不僅定義了一系列溫度的固定點(diǎn)，而且規(guī)定了不同溫度段的標(biāo)準(zhǔn)測量儀器，因此復(fù)現(xiàn)精度高（全世界用相同的方法測量溫度，可以得到相同的溫度值）。國際計(jì)量委員會(huì)1990年開始貫徹實(shí)施國際溫標(biāo)ITS-90。我國自1994年1月1日起全面實(shí)施ITS-90國際溫標(biāo)。

2024/9/22三、溫度傳感器溫度傳感器的種類很多，每一種傳感器都有自己的特點(diǎn)和各自的測溫范圍及適用場所。我們?cè)诮M建溫度測量、控制系統(tǒng)時(shí)，可以根據(jù)測量范圍、被測對(duì)象、測量精度及結(jié)構(gòu)、功能、價(jià)格等方面，選擇相應(yīng)的溫度傳感器進(jìn)行溫度檢測。溫度傳感器的核心是溫度敏感元件，它能將溫度這一物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。應(yīng)用最廣泛的溫度敏感元件就是熱敏電阻，它具有體積小、價(jià)格低、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。2024/9/2249常見熱敏電阻元件及熱敏電阻傳感器的外形2024/9/22熱敏電阻是利用某種半導(dǎo)體材料的電阻率隨溫度變化而變化的性質(zhì)制成的。它的電阻值隨溫度的變化而劇烈的變化，可以提供較大的靈敏度。電阻值隨溫度的升高而升高的，稱正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）；電阻值隨溫度的升高而降低的，稱負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）；突變型溫度系數(shù)熱敏電阻器（CTR），具有很大溫度系數(shù)，一般在電子線路中用于抑制浪涌電流，起限流、保護(hù)作用。1－NTC2－PTC

3,4－CTR

2024/9/22熱敏電阻的主要技術(shù)指標(biāo)：

（1）標(biāo)稱電阻值（R25）即熱敏電阻在25℃時(shí)的電阻值。多數(shù)廠商在熱敏電阻出廠時(shí)會(huì)給出熱敏電阻在25℃時(shí)的電阻值。（2）溫度系數(shù)熱敏電阻的溫度系數(shù)為溫度變化導(dǎo)致的電阻的相對(duì)變化。溫度系數(shù)越大，熱敏電阻對(duì)溫度變化的反應(yīng)越靈敏。（3）時(shí)間常數(shù)即溫度變化時(shí)，熱敏電阻的阻值變化到最終值63.2％時(shí)所需的時(shí)間。（4）額定功率即允許熱敏電阻正常工作的最大功率。（5）溫度范圍即允許熱敏電阻正常工作，輸出特性沒有變化的溫度范圍。2024/9/22

熱敏電阻的缺點(diǎn)主要是特性分散性很大，互換性差，非線性也很嚴(yán)重，電阻與溫度的關(guān)系不穩(wěn)定，因而測量誤差較大。熱敏電阻也有突出的優(yōu)點(diǎn)：（1）靈敏度高，其靈敏度比熱電阻要大1～2個(gè)數(shù)量級(jí)；（2）標(biāo)稱電阻有幾歐到十幾兆歐之間的不同型號(hào)規(guī)格；

（3）體積小(最小珠狀熱敏電阻直徑僅0.1～0.2mm)；（4）熱慣性小，響應(yīng)速度快，用于快速變化的測量場合（5）結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固，采用玻璃、陶瓷等材料密封包裝后，可應(yīng)用于有腐蝕性氣氛等的惡劣環(huán)境；

（6）資源豐富，制作簡單、可方便地制成各種形狀，易于大批量生產(chǎn)，成本和價(jià)格十分低廉。

2024/9/22a)圓片形b)薄膜形c)桿形d)管形e)平板形f)珠形g)扁圓形h)墊圓形i)桿形（金屬帽引出）2024/9/22

在選擇使用熱敏電阻器時(shí)，要根據(jù)測溫控溫的對(duì)象，從測量精度、穩(wěn)定性、互換性、結(jié)構(gòu)等方面選擇熱敏電阻。在選擇、使用時(shí)必須注意：除特殊高溫?zé)崦綦娮杵魍?，絕大多數(shù)熱敏電阻僅適合0℃

～150℃范圍。2024/9/22[任務(wù)實(shí)施]飲水機(jī)溫度傳感器起到本地溫度測量、溫度控制作用；溫度測溫范圍在0℃～100℃，且在0℃～95℃無需精確測量，測量精度要求不高；飲水機(jī)內(nèi)空間較大，對(duì)溫度傳感器的大小尺寸沒有特殊要求；隨著加熱器加熱，水溫緩慢上升，溫度信號(hào)屬于緩變信號(hào)；產(chǎn)品的價(jià)格要求低，能適合批量生產(chǎn)，但應(yīng)壽命長，不易損壞。從以上分析看，在該課題中，價(jià)格因素將起到?jīng)Q定作用。因?yàn)槟壳靶〖译娛袌龈偁幖ち?，除了質(zhì)量以外，價(jià)格在競爭中起到重要作用，應(yīng)該選擇熱敏電阻為溫度敏感元件的溫度傳感器來進(jìn)行溫度測量。2024/9/22課題二膨脹式溫度傳感器[任務(wù)導(dǎo)入]在醫(yī)院、防疫站、血站我們?？梢钥匆姵蜏毓?，其最低溫度可達(dá)-86℃，常用于保存醫(yī)用檢測血清標(biāo)本，廣泛應(yīng)用于凍存紅細(xì)胞、白細(xì)胞、皮膚、骨骼、細(xì)菌、精子、胚胎、生物制品。在工業(yè)中，也常用于電子器件、特殊材料的低溫實(shí)驗(yàn)及儲(chǔ)存。

本課題任務(wù)就是通過學(xué)習(xí)傳感器的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的含義，了解傳感器的判別標(biāo)準(zhǔn)。2024/9/222024/9/22低溫柜的溫度調(diào)節(jié)，由溫度控制系統(tǒng)完成。根據(jù)低溫柜的溫度控制范圍，可以選擇膨脹式溫度傳感器。膨脹式溫度傳感器的工作原理是什么？其結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)如何？這就是我們本課題的任務(wù)目標(biāo)。2024/9/22◆知識(shí)點(diǎn)¤了解膨脹式溫度傳感器的工作原理¤了解膨脹式溫度傳感器的性能特點(diǎn)及其適用場合

◆技能點(diǎn)¤掌握膨脹式溫度傳感器的使用、測量方法

2024/9/22[相關(guān)知識(shí)]膨脹式測溫是基于物體受熱時(shí)產(chǎn)生膨脹的原理，分為液體膨脹式和固體膨脹式兩類。一般膨脹式溫度測量大都用于那些溫度測量或控制精度要求較低，不需自動(dòng)記錄的場合。膨脹式溫度計(jì)種類很多，按膨脹基體可分成：液體膨脹式玻璃溫度計(jì)、液體或氣體膨脹式壓力溫度計(jì)、固體膨脹式雙金屬溫度計(jì)。2024/9/22一、玻璃溫度計(jì)玻璃液體溫度計(jì)簡稱玻璃溫度計(jì)，是一種直讀式儀表。

水銀

是玻璃溫度計(jì)最常用的液體，其凝固點(diǎn)為-38.9℃、測溫上限為538℃。對(duì)于較低溫度測量，可以用其他有機(jī)液體(如酒精下限為-62℃，甲苯下限為-90℃，而戊烷則可達(dá)-20l℃)。玻璃溫度計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡單，制作容易，價(jià)格低廉，測溫范圍較廣，安裝使用方便，現(xiàn)場直接讀數(shù)，一般無需能源。但易破損，測溫?cái)?shù)據(jù)無法自動(dòng)檢測及遠(yuǎn)傳。

2024/9/22二、壓力溫度計(jì)

壓力溫度計(jì)是根據(jù)一定質(zhì)量的液體、氣體、蒸汽在體積不變的條件下其壓力與溫度呈一定函數(shù)關(guān)系的原理實(shí)現(xiàn)其測溫功能的。2024/9/22測溫時(shí)將其溫包置入被測介質(zhì)中，溫包內(nèi)的感溫介質(zhì)(為氣體或液體或蒸發(fā)液體)因被測溫度的高低而導(dǎo)致其體積膨脹或收縮造成壓力的增減，壓力的變化經(jīng)毛細(xì)管傳給彈簧管使其產(chǎn)生變形，進(jìn)而通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn)，指示出相應(yīng)的溫度。壓力溫度計(jì)主要由充有感溫介質(zhì)的感溫包、傳遞壓力元件(毛細(xì)管)及壓力敏感元件齒輪或杠桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、指針和讀數(shù)盤組成。2024/9/22壓力溫度計(jì)的毛細(xì)管細(xì)而長(規(guī)格為1～60m)，它的作用主要是傳遞壓力。

長度愈長，溫度計(jì)響應(yīng)愈慢。在長度相等條件下，管愈細(xì)，則準(zhǔn)確度愈高。壓力溫度計(jì)和玻璃溫度計(jì)相比，具有強(qiáng)度大、不易破損、讀數(shù)方便的特點(diǎn)，但準(zhǔn)確度較低、耐腐蝕性較差。壓力溫度計(jì)測溫范圍一般在-100℃～600℃，精度等級(jí)：1.5～2.5級(jí)。它適用于測量20～60m距離內(nèi)對(duì)銅無腐蝕作用的氣體、液體和蒸汽的溫度。常用于汽車、拖拉機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)的油、水系統(tǒng)的溫度測量。2024/9/22雙金屬溫度計(jì)是基于固體受熱膨脹的原理，兩種熱膨脹系數(shù)差異較大的金屬片粘貼在一起，將其中的一端固定，另一端作為自由端，自由端與指針相連。三、雙金屬溫度計(jì)當(dāng)溫度變化時(shí)，因雙金屬片的兩種不同材料線膨脹系數(shù)差異相對(duì)很大，而產(chǎn)生不同的膨脹和收縮，導(dǎo)致雙金屬片產(chǎn)生彎曲變形。溫度變化越大則產(chǎn)生的線膨脹差越大，引起的彎曲角度也越大。自由端位移的大小與溫度成一定的函數(shù)關(guān)系。2024/9/22雙金屬溫度計(jì)選用的金屬材料不同，溫度測量范圍不同：100℃以下，通常采用黃銅與34％鎳鋼；150℃以下，通常采用黃銅與因瓦合金；250℃以上，通常采用高強(qiáng)度耐蝕鎳合金與34％～42％鎳鋼。雙金屬溫度計(jì)突出的特點(diǎn)就是可徹底解決水銀玻璃溫度計(jì)和水銀壓力溫度計(jì)易破損造成泄汞危害的問題，抗振性好，防水、防腐蝕，讀數(shù)方便。但它的精度不高，測量范圍也不大，所以只能用在測溫和控溫精度不高的場合。在工業(yè)中，常用作恒定溫度的控制裝置，溫度超過給定值時(shí)自動(dòng)發(fā)出控制信號(hào)切斷電源或報(bào)警。

2024/9/22[任務(wù)實(shí)施]超低溫柜的溫控器所需要的溫度傳感器可選用雙金屬溫度計(jì)作為測溫敏感元件。這種溫度控制器具有防水、防腐蝕、耐震動(dòng)，使用壽命長，便于維護(hù)。在本任務(wù)中，可以不需要溫度指針表盤，而做成帶電觸點(diǎn)雙金屬溫度開關(guān)，在溫度超過或低于給定值時(shí)自動(dòng)發(fā)出控制信號(hào)接通或切斷電源2024/9/22雙金屬溫度計(jì)分為普通型、戶外型、防腐型三種，從其結(jié)構(gòu)又可分為徑向型、軸向型、135°型、萬向型，可以根據(jù)安裝環(huán)境合理選用。一、雙金屬溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)與種類2024/9/22雙金屬溫度計(jì)主要由雙金屬測溫元件、傳動(dòng)軸、彈簧傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、指針和讀數(shù)盤等組成。2024/9/222024/9/22二、雙金屬溫度計(jì)的安裝方法

1.在安裝、使用過程中，應(yīng)盡量避免碰撞保護(hù)管，切勿使保護(hù)管彎曲、變形。2.在安裝時(shí)，嚴(yán)禁扭動(dòng)儀表外殼。3.雙金屬溫度計(jì)安裝的插入深度必須大于測溫管長度的2/3，暴露在外面的部分應(yīng)實(shí)施保溫措施。

2024/9/22雙金屬溫度計(jì)在使用時(shí)還應(yīng)注意以下事項(xiàng)：1.雙金屬溫度計(jì)應(yīng)在-30℃～80℃的環(huán)境溫度內(nèi)正常工作。2.雙金屬溫度計(jì)經(jīng)常工作的溫度最好能在刻度范圍的1/2～3/4處。3.雙金屬溫度計(jì)保護(hù)管一般采用不銹鋼制造，被測介質(zhì)應(yīng)與不銹鋼兼容。4.在常溫下，雙金屬溫度計(jì)承受最高工作壓力為6.4MPa。5.雙金屬溫度計(jì)保護(hù)管直徑越大，其響應(yīng)時(shí)間越小。一般外徑為Φ6mm、Φ8mm的溫度計(jì)，其時(shí)間常數(shù)不超過40s，直徑為Φ10mm的溫度計(jì)，時(shí)間常數(shù)不超過30s。2024/9/22[任務(wù)導(dǎo)入]在煉油、化工行業(yè)常用到氣化爐，爐內(nèi)正常溫度在1300℃左右，甚至高達(dá)1500℃以上。爐內(nèi)所襯爐磚在高溫時(shí)會(huì)熔蝕，受熱氣體和融渣的沖刷，耐火磚不斷變薄。爐內(nèi)耐火磚的減薄甚至脫落，使熾熱氣體通過磚縫侵入到氣化爐爐壁，使其表面溫度升高，氣化爐金屬外殼強(qiáng)度降低，造成設(shè)備不安全。課題三電阻式溫度傳感器

2024/9/222024/9/22本課題的任務(wù)就是要檢測氣化爐表面溫度并給予報(bào)警，以便及時(shí)確定更換耐火磚的時(shí)間。氣化爐的耐壓壓力為6.5MPa(G)，爐表面溫度在400℃

～450℃之間，正常值為425℃左右。根據(jù)傳感器溫度測量范圍，可以選擇熱電阻溫度傳感器為測溫元件，組成溫度報(bào)警系統(tǒng)。熱電阻溫度傳感器是如何測量溫度？其結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)如何？2024/9/22◆知識(shí)點(diǎn)¤了解熱電阻的工作原理；¤能識(shí)讀熱電阻常用測量電路?！艏寄茳c(diǎn)¤掌握電阻式溫度傳感器的選型方法，會(huì)合理選用常見的電阻傳感器；¤掌握熱電阻溫度傳感器的使用、測量方法2024/9/2276

電阻式溫度傳感器就是將溫度變化轉(zhuǎn)化為溫度敏感元件的電阻變化，進(jìn)而通過電路變成電壓或電流信號(hào)輸出。若按其制造材料來分，有金屬熱電阻（鉑、銅、鎳）和半導(dǎo)體熱電阻（熱敏電阻）。

金屬熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種測溫敏感元件。它的主要特點(diǎn)是測量精度高，性能穩(wěn)定。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅，其中鉑熱電阻的測量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的測溫儀。[相關(guān)知識(shí)]2024/9/22

金屬熱電阻的阻值隨溫度的增加而增加，且與溫度變化成一定的函數(shù)，通過檢測

金屬熱電阻阻值的變化量，即可測出相應(yīng)溫度。常用的金屬熱電阻主要有：鉑電阻和銅電阻。一、金屬熱電阻器2024/9/22鉑電阻用鉑絲繞在云母片制成的片形支架上，繞組的兩面用云母片夾住絕緣，外形有片狀、圓柱狀。銅電阻由銅漆包線繞在圓形骨架上。為了使熱電阻能得到較長的使用壽命，一般銅電阻外加有金屬保護(hù)套管。金屬熱電阻可直接加絕緣套管貼在被測物體表面進(jìn)行溫度測量，也可以外加金屬防護(hù)套插入各種介質(zhì)環(huán)境進(jìn)行溫度測量。

2024/9/22

1.鉑電阻器鉑易于提純，物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，電阻率較大，能耐較高的溫度，是制造標(biāo)準(zhǔn)熱電阻和工業(yè)用熱電阻的最好材料。但鉑是貴重金屬，價(jià)格較高。按照ITS-1990標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)統(tǒng)一設(shè)計(jì)的最常用的工業(yè)用鉑電阻為Pt100和Pt1000，即在0℃時(shí)鉑電阻阻值R0值為100Ω和1000Ω。2024/9/22鉑電阻的電阻值與溫度之間的關(guān)系：(1)可以查熱電阻分度表：Pt100或Pt1000。熱電阻分度表即是電阻值與溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系表，在購買時(shí)廠家會(huì)隨產(chǎn)品附有該產(chǎn)品的分度表。(2)可用公式進(jìn)行計(jì)算：在-200℃～0℃的范圍內(nèi)在0℃～850℃的范圍內(nèi)

式中，Rt為溫度為t℃時(shí)的電阻值；

R0為溫度為0℃時(shí)的電阻值；A、B、C為常數(shù)。(3)在精度要求不高的場合，可以忽略式中的高次項(xiàng)，近似認(rèn)為Rt與t成正比例關(guān)系，即可以近似記作：每度變化3850ppm。2024/9/222.銅電阻銅材料容易提純，具有較大的電阻溫度系數(shù)，銅電阻的阻值與溫度之間接近線性關(guān)系，銅的價(jià)格比較便宜。銅電阻的缺點(diǎn)是電阻率較小，所以體積較大，穩(wěn)定性也較差，容易氧化。在一些測量精度要求不高，測溫范圍較小(-50℃

～150℃)的情況下，普遍采用銅電阻。我國常用的銅電阻為Cu50和Cu100，即在0℃時(shí)其阻值R0值為50Ω和100Ω，銅電阻值與溫度之間的關(guān)系可以查熱電阻分度表Cu50或Cu100。2024/9/223.熱電阻的典型測量電路熱電阻的電阻變化比較小，電阻相對(duì)變化率僅為0.385%/℃左右。例如Pt100，每度電阻變化量僅為0.385Ω，要精確地測量這么小的電阻變化是非常困難的，一般的電阻測量儀表無法滿足要求。通常采用韋斯通電橋電路進(jìn)行測量，將電阻相對(duì)變化△R/R，轉(zhuǎn)換為電壓的變化，再用測量儀表進(jìn)行測量。當(dāng)R1為熱電阻時(shí)2024/9/22在實(shí)際應(yīng)用中，熱電阻敏感元件安裝在測量現(xiàn)場，感受被測介質(zhì)的溫度變化，而測量電路、顯示儀表安裝在遠(yuǎn)離現(xiàn)場的控制室內(nèi)，熱電阻的引線電阻將對(duì)測量結(jié)果有較大影響，造成測量誤差。為了克服環(huán)境溫度的影響常采用三線單臂電橋電路。在電路中，熱電阻的兩根引線長度相同，引線的電阻值相等（即），被分配在兩個(gè)相鄰的橋臂中，那么由于引線長度的變化以及環(huán)境溫度變化引起的引線電阻值變化所造成的誤差可以相互抵消。2024/9/222024/9/22在測量環(huán)境良好、無腐蝕性的氣體或固體表面溫度時(shí)，可直接使用電阻式溫度敏感元件。但在測量液體或測量環(huán)境比較惡劣時(shí)無法直接使用電阻式溫度敏感元件，需要在其外表加防護(hù)罩進(jìn)行保護(hù)。在工業(yè)測量過程中，為了防腐蝕，抗沖擊，延長使用壽命，便于安裝、接線，常用四種標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。二、電阻式溫度傳感器的結(jié)構(gòu)2024/9/221.普通型熱電阻溫度傳感器

普通型熱電阻由熱電阻元件、絕緣套管、引出線、保護(hù)套管及接線盒等基本部分組成。保護(hù)套管不僅用來保護(hù)熱電阻感溫元件免受被測介質(zhì)化學(xué)腐蝕和機(jī)械損傷，還具有導(dǎo)熱功能，將被測介質(zhì)溫度快速傳導(dǎo)至熱電阻。2024/9/22

2.鎧裝熱電阻溫度傳感器

鎧裝熱電阻是由感溫元件（電阻體）、引線、高絕緣氧化鎂、1Cr18Ni9Ti不銹鋼套管經(jīng)多次一體拉制而成的堅(jiān)實(shí)體。這種結(jié)構(gòu)在安裝、彎曲時(shí)，不會(huì)損壞熱電阻元件。與普通型熱電阻相比，它有下列優(yōu)點(diǎn)(1)體積小，內(nèi)部無空氣隙，熱慣性小，測量滯后??；(2)機(jī)械性能好、耐振，抗沖擊；(3)能彎曲，便于安裝；(4)耐腐蝕，使用壽命長。

2024/9/22

3.端面熱電阻溫度傳感器

端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制，緊貼在溫度計(jì)端面。它與一般軸向熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測端面的實(shí)際溫度，適用于測量軸瓦和其他機(jī)件的端面溫度。2024/9/22

4.隔爆型熱電阻溫度傳感器

隔爆型熱電阻通過具有隔爆外殼的接線盒，把其外殼內(nèi)部可能產(chǎn)生爆炸的混合氣體，因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線盒內(nèi)，阻止向周圍的生產(chǎn)現(xiàn)場傳爆。隔爆型熱電阻一般用于有爆炸危險(xiǎn)場所的溫度測量。2024/9/22電阻式溫度傳感器的結(jié)構(gòu)安裝形式和種類較多，分析氣化爐的使用及安裝要求和溫度測量范圍，確定熱電阻溫度傳感器的結(jié)構(gòu)。

方案一：選擇端面熱電阻溫度傳感器為測溫元件。這種傳感器的熱電阻感溫元件緊貼在溫度計(jì)端面，能更正確和快速地反映被測端面的實(shí)際溫度，適用于爐體表面溫度的測量。在爐體表面安裝一固定支架，再將傳感器安裝在支架上，使傳感器端面緊貼爐體表面，即可測得爐體表面溫度。選擇該種傳感器測量精度高，使用壽命長，但價(jià)格偏高。[任務(wù)實(shí)施]2024/9/22

方案二：選擇熱電阻感溫元件直接貼在爐體表面。將薄膜式鉑電阻直接貼在爐體表面，用高溫環(huán)氧膠點(diǎn)固，元件引線與延長線焊接后用高溫套管做好絕緣并點(diǎn)固，采用三線制或四線制接線方法與放大電路和報(bào)警電路進(jìn)行電連接，即可。選擇該種測量方法測量精度高，價(jià)格便宜，但壽命短，為保證系統(tǒng)可靠性，熱電阻感溫元件需定期更換。2024/9/22電阻溫度傳感器在安裝時(shí)，會(huì)因?yàn)榘惭b場所、測量精度、機(jī)械強(qiáng)度、密封等因素對(duì)安裝提出各種具體安裝要求，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況具體分析，采取相應(yīng)措施加以解決。1.溫度傳感器的安裝地點(diǎn)應(yīng)選擇在便于安裝、維護(hù)且不易受到外界損壞的位置。2.溫度傳感器的插入方向應(yīng)與被測介質(zhì)流向相逆，或者垂直，盡量避免與被測介質(zhì)流向一致。

三、電阻溫度傳感器安裝與使用2024/9/223.在管道上安裝電阻溫度傳感器時(shí)，應(yīng)使傳感器敏感溫度的端頭處于流速最大的管道中心線，插入深度不小于300mm，或應(yīng)大于管道直徑的1/3。4.傳感器的電阻感溫元件插入部分越長，測量誤差越小，應(yīng)爭取較大的插入深度。一般安裝在管道彎處增加插入深度，或斜插，或擴(kuò)張。2024/9/225.為防止熱量損耗，傳感器感溫元件暴露在設(shè)備外面的部分要盡量短，而且在露出部分加保溫層；6.溫度傳感器安裝在負(fù)壓管道或容器時(shí)，要保證安裝的密封性良好。對(duì)于密封要求較高的腔體溫度的測量，熱電阻傳感器安裝完成后，應(yīng)進(jìn)行氣密檢查。7.溫度傳感器裝在具有固體顆粒和流速很高的介質(zhì)中時(shí)，為防止感溫元件長期受到?jīng)_刷而損壞，可在感溫元件之前加裝保護(hù)板。2024/9/22電阻感溫元件在用前、修后和使用過一段時(shí)間后，要進(jìn)行校驗(yàn)，以便保證測量精度。工業(yè)用熱電阻感溫元件的校驗(yàn)方法比較簡單，通常只要校驗(yàn)R100/R0的比值即可。在測試時(shí)，鉑電阻元件的測試電流不應(yīng)超過允許值，較大電流會(huì)使鉑電阻元件產(chǎn)生自熱，溫度升高。例如一鉑電阻元件當(dāng)測試電流為1mA時(shí)，溫升為0.05℃;當(dāng)測試電流為5mA時(shí)，溫升為2.2℃。四、電阻感溫元件的校驗(yàn)2024/9/22熱敏電阻的校驗(yàn)方法與上面方法相同，只是因?yàn)闊崦綦娮璧淖柚蹬c溫度的關(guān)系為非線性，需要選擇多點(diǎn)校驗(yàn)，一般將熱敏電阻放在恒溫槽進(jìn)行恒溫，保持溫度點(diǎn)準(zhǔn)確性。

在檢驗(yàn)和選擇熱敏電阻時(shí)應(yīng)注意：數(shù)字歐姆表和三用表測量時(shí)的工作電流很大，電流經(jīng)過阻體，使阻體發(fā)熱，而熱敏電阻對(duì)溫度很敏感，所以不能用這兩種表測量它的電阻值。用電橋法時(shí)，需要將熱敏電阻安裝在專用的測量夾具上，并放在恒溫室的恒溫槽直至阻值不變。2024/9/22五、電阻感溫元件常見故障及其處理電阻感溫元件常見的故障是電阻斷路和短路，其中以斷路為多，這是由于電阻絲很細(xì)所致，斷路和短路都是比較容易判斷的。常見故障可能故障原因處理方法測量數(shù)據(jù)比實(shí)際值低，或示值不穩(wěn)定保護(hù)管內(nèi)有金屬屑、灰塵接線柱絕緣性能下降，電阻短路清除金屬屑、灰塵，清洗接線柱掉短路處，加好絕緣顯示儀表指示無窮大電阻斷路儀表接線斷路更換電阻感溫元件測試數(shù)據(jù)指示負(fù)值測試儀表接線錯(cuò)誤電阻短路改正接線方法去掉短路處阻值與溫度關(guān)系改變電阻材料受蝕變質(zhì)更換電阻感溫元件2024/9/22[任務(wù)導(dǎo)入]在軋鋼過程中，鋼坯的軋制溫度是關(guān)鍵的工藝參數(shù)，鋼坯溫度控制的好壞，將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量，希望有效地控制加熱爐內(nèi)的溫度。要控制溫度首先要精確地進(jìn)行溫度測量。本任務(wù)就是針對(duì)軋鋼工藝鋼坯溫度的控制，來選擇一種溫度傳感器來進(jìn)行溫度測量。一般來說，軋鋼溫度較高（在600℃以上），可以選擇熱電偶溫度傳感器。熱電偶溫度傳感器是如何測量溫度？其結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)如何？

課題四熱電偶式溫度傳感器

2024/9/22992024/9/22◆知識(shí)點(diǎn)¤了熱電偶的工作原理；¤了解常用熱電極材料的類型、性能特點(diǎn)及其適用場合

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技能點(diǎn)¤掌握熱電偶式溫度傳感器的選型方法，會(huì)合理選用常見熱電偶傳感器；¤掌握熱電偶溫度傳感器的使用、測量方法2024/9/22一、熱電偶的工作原理

[相關(guān)知識(shí)]熱電偶是由兩種不同材料的金屬導(dǎo)體絲或半導(dǎo)體組成。將兩根金屬絲的一端焊接在一起，作為熱電偶的測量端，另一端與測量儀表相連，通過測量熱電偶的輸出電勢，即可推算出所測溫度值。

2024/9/22

熱電偶的工作原理建立在導(dǎo)體的熱電效應(yīng)上。

當(dāng)有兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B組成一個(gè)回路，其兩端相互連接時(shí)，只要兩結(jié)點(diǎn)處的溫度不同，回路中將產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢，該電動(dòng)勢的方向和大小與導(dǎo)體的材料及兩接點(diǎn)的溫度有關(guān)。這種現(xiàn)象稱為“熱電效應(yīng)”。一端溫度為T，稱為工作端或熱端，另一端溫度為T0，稱為自由端（也稱參考端）或冷端，兩種導(dǎo)體組成的回路稱為“熱電偶”，這兩種導(dǎo)體稱為“熱電極”，產(chǎn)生的電動(dòng)勢則稱為“熱電動(dòng)勢”。2024/9/22根據(jù)理論推導(dǎo)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，我們可以得出如下結(jié)論：

1.熱電偶回路中熱電動(dòng)勢的大小，只與組成熱電偶的導(dǎo)體材料和兩接點(diǎn)的溫度有關(guān)，而與熱電偶的形狀尺寸無關(guān)。

2.當(dāng)熱電偶兩電極材料固定后，熱電動(dòng)勢只與兩接點(diǎn)的溫度有關(guān)。當(dāng)冷端溫度恒定，熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢只隨熱端(測量端)溫度的變化而變化，即一定的熱電動(dòng)勢對(duì)應(yīng)著一定的溫度。因此，我們只要用測量熱電動(dòng)勢的方法就可達(dá)到測溫的目的。2024/9/22熱電偶還遵循以下幾個(gè)基本定律：均質(zhì)導(dǎo)體定律如果熱電偶回路中的兩個(gè)熱電極材料相同，無論兩接點(diǎn)的溫度如何，熱電動(dòng)勢為零。根據(jù)這個(gè)定律，可以檢驗(yàn)兩個(gè)熱電極材料成分是否相同(稱為同名極檢驗(yàn)法)，也可以檢查熱電極材料的均勻性。

2024/9/22中間導(dǎo)體定律在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體，只要第三種導(dǎo)體的兩接點(diǎn)溫度相同，則回路中總的熱電動(dòng)勢不變。

在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體C。導(dǎo)體A與B接點(diǎn)處的溫度為t，A與C、B與C兩接點(diǎn)處的溫度相同，都為t0，則回路中的總電動(dòng)勢是不變的。

2024/9/22熱電偶的這種性質(zhì)在實(shí)用上有著重要的意義，它使我們可以方便地在回路中直接接入各種類型的顯示儀表或調(diào)節(jié)器，也可以將熱電偶的兩端不焊接而直接插入液態(tài)金屬中或直接焊在金屬表面進(jìn)行溫度測量。2024/9/22

.標(biāo)準(zhǔn)電極定律

如果兩種導(dǎo)體分別與第三種導(dǎo)體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢已知，則由這兩種導(dǎo)體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢也就已知。

導(dǎo)體A、B分別與標(biāo)準(zhǔn)電極C組成熱電偶，若它們所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢為已知，那么，導(dǎo)體A與B組成的熱電偶，其熱電動(dòng)勢可由下式求得：2024/9/22標(biāo)準(zhǔn)電極定律是一個(gè)極為實(shí)用的定律?？梢韵胂螅兘饘俚姆N類很多，而合金類型更多。因此，要得出這些金屬之間組合而成熱電偶的熱電動(dòng)勢，其工作量是極大的。我們通常選用高純鉑絲作為標(biāo)準(zhǔn)電極，只要測得各種金屬與純鉑組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢，則各種金屬之間相互組合而成的熱電偶的熱電動(dòng)勢可直接計(jì)算出來。

例如：熱端為100℃，冷端為0℃時(shí)，鎳鉻合金與純鉑組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢為2.95mV，而考銅與純鉑組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢為-4.0mV，則鎳鉻和考銅組合而成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢應(yīng)為2.95mV-(-4.0mV)=6.95mV2024/9/22

中間溫度定律

熱電偶在兩接點(diǎn)溫度t、t0時(shí)的熱電動(dòng)勢等于該熱電偶在接點(diǎn)溫度為t、tn和tn、t0時(shí)的相應(yīng)熱電動(dòng)勢的代數(shù)和。

中間溫度定律可以用下式表示

2024/9/22中間溫度定律為補(bǔ)償導(dǎo)線的使用提供了理論依據(jù)。它表明：若熱電偶的熱電極被導(dǎo)體延長，只要接入的導(dǎo)體組成熱電偶的熱電特性與被延長的熱電偶的熱電特性相同，且它們之間連接的兩點(diǎn)溫度相同，則總回路的熱電動(dòng)勢與連接點(diǎn)溫度無關(guān)，只與延長以后的熱電偶兩端的溫度有關(guān)。2024/9/22二、熱電偶溫度傳感器的結(jié)構(gòu)

熱電偶溫度傳感器的結(jié)構(gòu)與熱電阻溫度傳感器類似，可以直接使用，也可以外加金屬防護(hù)層。1.普通型熱電偶的結(jié)構(gòu)

2.鎧裝熱電偶的結(jié)構(gòu)3.薄膜熱電偶

2024/9/222024/9/222024/9/222024/9/22薄膜熱電偶的外形1-熱電極2-熱接點(diǎn)3-絕緣基板4-引出線熱電偶是一種有源傳感器，測量時(shí)不需外加電源，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。溫度傳感器的靈敏度與材料的粗細(xì)無關(guān)，可用非常細(xì)的材料，有極高的響應(yīng)速度，可以測量快速變化的過程，如燃燒和爆炸過程等。熱電偶傳感器也有缺陷，它靈敏度比較低，容易受到環(huán)境干擾信號(hào)的影響，不適合測量微小的溫度變化。三、熱電偶的特點(diǎn)及應(yīng)用2024/9/22熱電偶的種類很多。1991年，我國開始采用國際計(jì)量委員會(huì)規(guī)定的“1990國際溫標(biāo)”（簡稱ITS-90）的新標(biāo)準(zhǔn)，按此標(biāo)準(zhǔn)，共有八種標(biāo)準(zhǔn)化了的通用熱電偶，熱電偶名稱分度號(hào)使用溫度℃長期使用溫度℃短期鉑銠30-鉑銠6B0～16000～1800鉑銠13-鉑R0～14000～1600鉑銠10-鉑S0～14000～1600鎳鉻-鎳硅K0～10000～1300鎳鉻-鎳銅E0～6000～800鐵-康銅J-200～600-200～800銅-康銅T-200～300-200～350鎳鉻硅-鎳硅N-200~1300-200~14002024/9/22軋鋼爐的使用及安裝要求和溫度測量范圍，可以確定選用鎳鉻-鎳硅（K型）熱電偶作為溫度敏感元件。

方案一：選擇不加防護(hù)層的熱電偶溫度傳感器，元件引線與延長線焊接后用高溫套管做好絕緣并點(diǎn)固。這種傳感器體積小，價(jià)格低，響應(yīng)時(shí)間快，便于維修更換。但不耐腐蝕，使用壽命短。[任務(wù)實(shí)施]2024/9/22

方案二：選擇鎧裝熱電偶溫度傳感器。這種傳感器可以根據(jù)需要任意彎曲，便于測量爐內(nèi)的各溫度點(diǎn)，測量精度較高，使用壽命長，但價(jià)格較高。1-定位鋼板2-熱電偶傳感器3-接插件4-補(bǔ)償導(dǎo)線5-測量顯示儀表2024/9/22熱電偶傳感器的使用方法與一般溫度傳感器有所不同，在使用熱電偶溫度傳感器時(shí)，應(yīng)特別注意使用方法，否則會(huì)帶來很大測量誤差。1.熱電偶分度表在使用沒有溫度指示的熱電偶溫度傳感器時(shí)，則要根據(jù)傳感器輸出電壓值來推算出相應(yīng)的溫度值。首先我們要知道熱電偶傳感器所使用的熱電偶材料，然后根據(jù)相應(yīng)分度號(hào)，查分度表，根據(jù)熱電偶輸出電壓值可查出溫度值。一般廠家也會(huì)隨產(chǎn)品附給相應(yīng)的分度表。四、熱電偶傳感器的使用與安裝2024/9/22

2.熱電偶的冷端補(bǔ)償熱電偶的分度表都是以t0=0℃作為基準(zhǔn)進(jìn)行分度的（即熱電偶的冷端為0℃）。在實(shí)際測量過程中,熱電偶的冷端的溫度往往不為0℃，這樣給測量結(jié)果帶來了較大溫度誤差。所以在使用熱電偶的時(shí)候，要消除環(huán)境溫度影響，即熱電偶冷端補(bǔ)償。根據(jù)熱電偶中間溫度定律我們可以得到以下公式：EAB(t,0℃)=EAB(t,tn)+EAB(tn,0℃)式中EAB(t,tn)為熱電偶在環(huán)境溫度為tn的測量值，我們只需測出熱電偶冷端所處的環(huán)境溫度tn，然后根據(jù)分度表查出EAB(tn,0℃)，即可求出EAB(t,0℃)，查出較精確定溫度值。2024/9/22例：已知鎳鉻-鎳硅(K)熱電偶測爐溫時(shí)，其冷端溫度to=30℃，現(xiàn)測得熱電動(dòng)勢E（t，to）=38.505mv，求爐內(nèi)溫度t為多少？解鎳鉻-鎳硅的分度號(hào)為K，查K型熱電偶分度表，得EAB(30℃,0)＝1.203mV，則有：EAB(t,0)=EAB(t,t0)+EAB(t0,0)＝38.505+1.203＝39.708mV反查K型熱電偶分度表，求得t=960℃。2024/9/22熱電偶冷端補(bǔ)償方法很多，常用的補(bǔ)償方法有以下幾種：1.冰浴法2.計(jì)算機(jī)修正法3.補(bǔ)償電橋法4.選擇參考端溫度不需要補(bǔ)償?shù)臒犭娕?024/9/223.熱電偶的冷端延長實(shí)際測溫時(shí)，由于熱電偶長度有限，冷端溫度將直接受到被測物溫度和周圍環(huán)境溫度的影響。例如，熱電偶安裝在煉鋼爐壁上，而冷端要接到遠(yuǎn)離煉鋼爐測量儀表內(nèi)，距離很長。雖然熱電偶可以做得很長，但熱電偶電極多數(shù)使用的是貴金屬，這將增加測量系統(tǒng)的成本，損失經(jīng)濟(jì)效益。工業(yè)生產(chǎn)中，一般采用補(bǔ)償導(dǎo)線來延長熱電偶的冷端，使之遠(yuǎn)離高溫測量區(qū)。2024/9/22使用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)必須注意：1）各種補(bǔ)償導(dǎo)線只能與相應(yīng)型號(hào)的熱電偶配用，不能互換。2）補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電極連接時(shí)，正極應(yīng)當(dāng)接正極，負(fù)極接負(fù)極，極性不能反，否則會(huì)造成更大的誤差。3）補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶連接的兩個(gè)接點(diǎn)必須靠近，使其溫度相同，不會(huì)增加溫度誤差。4）補(bǔ)償導(dǎo)線必須在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)使用。使用補(bǔ)償導(dǎo)線不僅可以延長了熱電偶的參考端，節(jié)省大量的貴金屬，還可以選用直徑粗、導(dǎo)電系數(shù)大金屬材料，減小導(dǎo)線單位長度的直流電阻，減小測量誤差。2024/9/224.熱電偶傳感器的安裝方法普通型熱電偶和鎧裝熱電偶的安裝方法與熱電阻傳感器的安裝方法基本相同。當(dāng)測量金屬表面溫度時(shí)，熱電偶絲可以直接固定在被測物表面。根據(jù)測量溫度范圍不同可以采取以下形式安裝：在200～300℃時(shí)，可用高溫環(huán)氧膠將熱電偶點(diǎn)固在金屬壁面，工藝比較簡單。測量溫度較高時(shí)，常常采用焊接的方法，將熱電偶頭部焊在金屬壁表面。焊接方式有V形焊、平行焊和交叉焊。但需特別注意，此時(shí)熱電偶的結(jié)點(diǎn)被接地，所以在檢測電路中必須采用差動(dòng)放大器。2024/9/222024/9/22五、熱電偶傳感器常見故障及其處理常見故障可能故障原因處理方法熱電勢比實(shí)際值低熱電極短路熱電偶接線柱處短路補(bǔ)償導(dǎo)線間短路熱電偶電極受損補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶不匹配補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶極性接反安裝位置與插入深度不合理熱電偶冷端補(bǔ)償過度熱電偶與顯示儀表不匹配檢查絕緣性能，若受潮，烘干；若受污清除灰塵。清洗接線柱加強(qiáng)絕緣，或更換補(bǔ)償導(dǎo)線剪去少許熱電極重新焊接或更換熱電偶更換補(bǔ)償導(dǎo)線重新接線重新按規(guī)定安裝重新調(diào)試?yán)涠搜a(bǔ)償更換儀表或熱電偶熱電勢比實(shí)際值高熱電偶與顯示儀表不匹配補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶不匹配更換儀表或熱電偶更換補(bǔ)償導(dǎo)線或熱電偶熱電偶的輸出誤差大熱電偶電極受損安裝位置不當(dāng)熱電偶保護(hù)管受污更換熱電偶改變安裝位置清洗熱電偶保護(hù)管在首次使用時(shí)熱電勢偏低或偏高熱電極焊接后，未熱處理高溫老化或使用一段時(shí)間可穩(wěn)定

模塊三

力的測量

力的測量包括力的測量和壓力的測量。一般情況下，力傳感器主要用于兩個(gè)方面：測力和稱重。測量中所稱的壓力就是物理中的壓強(qiáng)，是指垂直均勻地作用于單位面積上的力。力和壓力是自動(dòng)化生產(chǎn)過程中的重要工藝參數(shù)。電子秤、汽車衡、機(jī)床、橋梁監(jiān)測都需要力傳感器?；w廠、化肥廠、煉油廠的壓力儲(chǔ)罐壓力傳感器提供控制依據(jù)。2024/9/222024/9/22

模塊三力的測量課題一應(yīng)變式力傳感器課題二電子秤課題三應(yīng)變式壓力傳感器課題四壓阻式壓力傳感器課題五壓力變送器2024/9/22[任務(wù)導(dǎo)入]

港口碼頭、造船廠、礦山及建筑安裝工地，廣泛使用著各種各樣的起重機(jī)械。固定式、可移動(dòng)旋轉(zhuǎn)起重機(jī)、橫臂起重機(jī)、汽車起重機(jī)等都是常見的起重設(shè)備。為了提高生產(chǎn)效率，需要充分發(fā)揮吊車的能力，最大限度地吊運(yùn)貨物，而又要防止萬一超載而產(chǎn)生的嚴(yán)重后果。通常采用什么方法測量、控制吊運(yùn)貨物的重量呢？

課題一應(yīng)變式力傳感器

2024/9/222024/9/22

吊車的載重量可以通過測量繩索的拉力來完成。在起重繩索上或吊鉤上安裝測力傳感器，可以間接檢測吊車起吊重量，力傳感器的輸出信號(hào)既可以用來顯示吊車載重量，又可以進(jìn)行超載報(bào)警，防止事故的發(fā)生。

力傳感器的結(jié)構(gòu)如何？測力方法是怎樣的？本課題的任務(wù)就是學(xué)習(xí)力傳感器及力傳感器的測量方法。2024/9/22◆知識(shí)點(diǎn)¤了解力傳感器的分類與基本結(jié)構(gòu)¤學(xué)習(xí)應(yīng)變式力傳感器的測量方法與適用范圍◆技能點(diǎn)¤掌握應(yīng)變片的貼片方法¤

掌握傳感器的使用方法2024/9/22[相關(guān)知識(shí)]一、力傳感器

力傳感器根據(jù)制造原理不同可分為電阻應(yīng)變式、電容式、振弦式、壓電式等。在測量靜態(tài)力（力的大小與方向不隨時(shí)間變化而變化或隨時(shí)間緩慢變化，稱靜態(tài)力）時(shí)，最常用的是電阻應(yīng)變式力傳感器。本課題重點(diǎn)學(xué)習(xí)應(yīng)變式力傳感器。應(yīng)變式傳感器還可用于壓力、加速度等力學(xué)量的測量。應(yīng)變式傳感器廣泛應(yīng)用于化工、冶金、機(jī)械、交通及國防等許多部門。電阻應(yīng)變式力傳感器的核心是電阻應(yīng)變片。為了測量金屬棒在工作過程中所承受的力，將電阻應(yīng)變片貼在金屬棒上。金屬棒受到外力后，產(chǎn)生應(yīng)變，并傳遞給電阻應(yīng)變片，應(yīng)變片敏感到應(yīng)變后產(chǎn)生電阻變化，經(jīng)測量電路轉(zhuǎn)換成與外力成正比的電信號(hào)。實(shí)現(xiàn)了力的檢測。測量完成后，不會(huì)對(duì)被測物體造成任何影響，拆除也非常的容易。這種方法在汽車、建筑、橋梁工程、航天等各種領(lǐng)域中都用的到。應(yīng)變式傳感器突出的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜。與其它類型的力學(xué)傳感器相比，具有測試范圍寬、輸出線性好、性能穩(wěn)定、工作可靠并能在惡劣環(huán)境條件下工作的特點(diǎn)。2024/9/22二、電阻應(yīng)變傳感器工作原理

導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外力作用下伸長或縮短時(shí)，它的電阻值相應(yīng)地發(fā)生變化，這一物理現(xiàn)象稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。將應(yīng)變片貼在被測物體上，使其隨著被測物的應(yīng)變一起伸縮，這樣應(yīng)變片里面的金屬材料就隨著外界的應(yīng)變伸長或縮短，其阻值也相應(yīng)地變化。應(yīng)變片利用應(yīng)變效應(yīng)，通過測量電阻的變化而對(duì)應(yīng)變進(jìn)行測量。

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2024/9/22電阻應(yīng)變片分為金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩大類。在力傳感器中大多數(shù)使用的是金屬電阻應(yīng)變片。將電阻絲排成柵網(wǎng)狀，粘貼在厚度約為15-16μm的絕緣基片上，電阻絲兩端焊出引出線，最后用覆蓋層進(jìn)行保護(hù)，即成為應(yīng)變片。使用時(shí)只要將應(yīng)變片貼于被測物體上就可構(gòu)成應(yīng)變式傳感器。

2024/9/22一般金屬應(yīng)變片的電阻變化率為常數(shù)，應(yīng)變片的阻值與應(yīng)變成正比例關(guān)系。即R—應(yīng)變片原電阻值，Ω；ΔR—伸長或壓縮所引起的電阻變化值，Ω；

K—比例常數(shù)(應(yīng)變片常數(shù))ε—應(yīng)變（應(yīng)變分為拉伸和壓縮兩種，可用正負(fù)號(hào)加以區(qū)別：

拉伸→正（＋）；壓縮→負(fù)（―）2024/9/22在測量時(shí)，將應(yīng)變片貼在不同的部位，它可以感受拉伸的力（拉力，正應(yīng)變），也可以感受壓縮的力（壓力，負(fù)應(yīng)變）。

例如圓柱形拉力傳感器。R1、R2、R3、R4是四個(gè)完全相同的應(yīng)變片，R1、R4豎粘，為軸向貼片，感受拉伸，正應(yīng)變；R2、R3橫粘，為徑向貼片，感應(yīng)壓縮，負(fù)應(yīng)變。金屬電阻應(yīng)變片按結(jié)構(gòu)形式可分為絲式、箔式和薄膜式三種。2024/9/22三、電阻應(yīng)變片式傳感器的使用方法根據(jù)測量環(huán)境、測量對(duì)象不同，電阻應(yīng)變片也有多種形式。2024/9/22電阻應(yīng)變式傳感器的使用方法有以下二種：第一種是將應(yīng)變片直接粘貼于被測構(gòu)件上，用來測定構(gòu)件的應(yīng)變或應(yīng)力。第二種是將應(yīng)變片貼于彈性元件上，與彈性元件一起構(gòu)成應(yīng)變式傳感器敏感元件。這種傳感器可以測量力、位移、加速度等物理參數(shù)。2024/9/22四、電阻應(yīng)變式傳感器的測量電路

應(yīng)變電阻變化是極其微弱的，電阻相對(duì)變化率僅為0.2%左右。例如：應(yīng)變電阻為300Ω，電阻變化量為0.6Ω，要精確地測量這么微小的電阻變化是非常困難的。通常采用惠斯登電橋電路進(jìn)行測量，將電阻相對(duì)變化△R/R，轉(zhuǎn)換為電壓的變化，再用測量儀表應(yīng)變式傳感器測量電路便可以簡單方便地進(jìn)行測量。2024/9/22R1，R2，R3，R4為四個(gè)橋臂的電阻，電橋的供電電壓為U，電橋輸出電壓為Uo。在被測物體未施加作用力時(shí)，應(yīng)變?yōu)榱?，?yīng)變電阻沒有變化。2024/9/22

當(dāng)四個(gè)橋臂的初始電阻滿足R1/R2=R3/R4時(shí)，橋路輸出電壓為Uo零，即橋路平衡。當(dāng)應(yīng)變電阻發(fā)生變化時(shí)，電橋的輸出電壓Uo可以用下式近似表示：2024/9/22如果四個(gè)橋臂的初始電位滿足R1＝R2=R3＝R4，上式為：在測量電路中，應(yīng)變片應(yīng)該怎樣接入電橋更有利于信號(hào)測量呢？1．單臂半橋電橋電路2024/9/22R1為應(yīng)變片，其余各橋臂電阻為固定電阻，其輸出有：2024/9/22如果測出電橋的輸出電壓就可以計(jì)算出應(yīng)變的大小，進(jìn)而推算出力的大?。荷鲜街笑覟閼?yīng)力；E為彈性系數(shù)或楊氏模量，不同的材料有固定的楊氏模量。

2．雙臂半橋電橋電路2024/9/22R1、R2為應(yīng)變片，其余各橋臂電阻為固定電阻，這種電路可以有兩種接入方法。為便于測量，希望獲得較大靈敏度，使兩應(yīng)變片產(chǎn)生的應(yīng)變相加。以上二種連接方法都可以做到：在前圖中使R1為正應(yīng)變，R2為負(fù)應(yīng)變；在后圖中R1、R2同為正應(yīng)變或負(fù)應(yīng)變。

2024/9/22在實(shí)際工程中更多采用前者，R1、R2分別為正、負(fù)應(yīng)變，其輸出為相鄰兩橋臂應(yīng)變相減，在靈敏度提高的同時(shí)，可以將應(yīng)變片的溫度誤差和非線性誤差相互減去、抵消，提高測量精度。

3．全橋電橋電路2024/9/22電橋的四臂全部接入應(yīng)變片稱為全橋電橋電路。若四片應(yīng)變片完全相同，其中R1、R4感應(yīng)正應(yīng)變；R2、R3感應(yīng)負(fù)應(yīng)變。

將應(yīng)變片接成全橋電路時(shí)，要特別注意：相鄰橋臂的應(yīng)變片所感受的應(yīng)變必須相反，否則上式不成立。

應(yīng)變式傳感器典型測量電路2024/9/22在測量力時(shí)，可將應(yīng)變片直接粘貼在被測部位。應(yīng)變片的粘貼，是應(yīng)變片測量技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，將直接影響膠的粘接質(zhì)量及測量精度，如果貼片不嚴(yán)格，技術(shù)不熟練，即使選用最好的應(yīng)變片也無濟(jì)于事。五、應(yīng)變片的粘貼2024/9/22應(yīng)變片的粘貼工藝步驟2024/9/222024/9/22

檢查合格后，焊接引出導(dǎo)線。將引線加以固定、絕緣，防止應(yīng)變片線腳與被測工件接觸，短路。應(yīng)變片之間通過漆包線或其他軟線連接組成電橋。最后檢查焊接引線與組橋連線。這樣就完成了整個(gè)粘貼過程。電阻應(yīng)變片安裝必備工具及材料:用于應(yīng)變片粘貼表面處理的清潔劑，應(yīng)變片粘接劑（膠），保護(hù)應(yīng)變片的涂層材料（膠），電阻絲或應(yīng)變片引線，接線端子，電纜，焊錫和助焊劑等。2024/9/22[任務(wù)實(shí)施]方案一：測量、控制起重設(shè)備吊運(yùn)貨物的重量，可以采用在吊鉤的圓柱壁上粘貼應(yīng)變片的方法，檢測起吊重量。2024/9/22測量吊運(yùn)貨物的重量，量程較大，一般在吊鉤的圓柱壁上橫豎各粘貼一片應(yīng)變片，組成雙臂半橋電路。2024/9/22為應(yīng)變電橋提供±2V穩(wěn)壓電源，電橋輸出信號(hào)接入差動(dòng)直流放大電路，測量輸出電壓。根據(jù)輸出電壓值可以推算出應(yīng)力的大小，即重力。也可以使用應(yīng)變片專用測量儀—電阻應(yīng)變儀進(jìn)行檢測。

這種測量方法簡單、方便，成本低。但容易損壞，受環(huán)境影響大，使用壽命短。長期使用時(shí)，零點(diǎn)漂移大，需要在使用前調(diào)節(jié)零點(diǎn)。2024/9/22

方案二：在本課題中也可以直接采用電子吊秤的方法（課題二介紹）。購買電子吊秤接在起重設(shè)備下，可實(shí)現(xiàn)貨物在線裝卸測量、在線稱重，隨時(shí)改變稱量地點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)分次分批稱重，提高效率，但成本較高。2024/9/22課題二電子秤

[任務(wù)導(dǎo)入]某生產(chǎn)線上要安裝自動(dòng)稱重和裝料裝置。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的快速、準(zhǔn)確的稱量，提高工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化程度，通常采用電子秤進(jìn)行載荷測量，將輸出信號(hào)提供控制中心，再由微機(jī)控制各閥門工作。2024/9/22電子秤的料箱先復(fù)位，電磁線圈1通電，漏斗給電子秤自動(dòng)加料，加到額定重量時(shí)，停止加料。與此同