项目六 温度检测（课件）- 《传感器与检测技术项目式教程》同步教学（人民邮电版）

项目六 温度检测 检测技术 项目六 温度检测 1 第二学习周 检测技术基础知识 知识目标： 了解温度测量的基本方法和温度传感器类型 掌握热电偶的工作原理、基本定律、使用方法和温度校正方法 熟悉热电偶测温电路及应用 了解金属热电阻的工作原理 掌握铜热电阻和铂热电阻的性能特点与应用 掌握热敏电阻传感器的类型、构成和应用 理解红外传感器的测温原理 能够选用合适的温度传感器进行温度检测电路的设计与调试 掌握常用的温度补偿方法并能灵活运用 技能目标： 学习目标 项目六 温度检测 项目背景 温度是一个和人们生活环境有着密切关系的物理量，它反映物体的冷热程度，是物体内部各分子无规则剧烈运动程度的标志。物体的许多物理现象和化学性质都与温度有关，温度直接和安全生产、产品质量、生产效率、节约能源等重大技术经济指标相联系，需要测量温度和控制温度的场合极其广泛，测量温度的传感器也越来越多。 温度传感器的分类方法很多，按照用途可分为基准温度计和工业温度计；按工作原理可分为膨胀式、电阻式、热电式、辐射式；按照测量方法可分为接触式和非接触式等。 项目六 温度检测 任务6.1 冶金加热炉温度检测 项目六 温度检测 任务6.1 冶金加热炉温度检测 【任务描述】 加热炉是轧钢车间的主要工艺设备之一，加热炉的温度控制过程一般分为预热、加热和均热3 个阶段。 炉内加热过程的温度场特性主要由加热钢种和产品用途来决定。一般情况下，钢坯入炉时，坯料的温度为室温或 700℃左右；出炉时，温度在1120℃-1250℃。由于工艺对温度的要求各有不同，所以需对温度进行精确测量。根据冶金加热炉的温度测量范围，可选择热电偶来检测温度。本任务利用热电偶传感器完成冶金加热炉测温电路的设计和制作，并实现温度的补偿与控制。 项目六 温度检测 任务6.1 冶金加热炉温度检测 6.1.1热电偶的工作原理 1. 热电效应 热电偶的工作原理是基于物体的热电效应。将两种不同材料导体（或半导体）A与B的两端分别串接成一个闭合回路，如图6-1所示，如果两接合点的温度不同(T≠T0)，则在两者间将产生电动势，而在回路中就会有一定大小的电流，这种现象称为热电效应或塞贝克效应。 由两种不同材料的导体组成的回路称为“热电偶”，组成热电偶的导体称为“热电极”，热电偶所产生的电势称为热电势。热电偶的两个结点中，置于温度为T的被测对象中的结点称之为测量端，又称工作端或热端；置于温度为T0的另一结点称为参考端，又称自由端或冷端。 【相关知识】 图6- 1热电偶原理图 项目六 温度检测 6 热电偶工作原理演示： 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 热电极B 热电势 A B 任务6.1 冶金加热炉温度检测 项目六 温度检测 理论分析表明：热电偶产生的热电动势是由两种导体的接触电动势和单一导体温差电动势两部组成。 1）接触电动势 接触电动势是由于两种不同导体的自由电子密度不同，在接触处会发生自由电子的扩散形成的电动势。 设金属A、B的自由电子密度分别为nA和nB，且有nA>nB，如图6-2所示，A与B两种不同金属的接点处产生的电动势称为接触电势，其大小为 任务6.1 冶金加热炉温度检测 项目六 温度检测 2）温差电动势 温差电动势是在同一导体中，由于温度不同而产生的一种电动势。对于单一导体，如果两端温度温度分别为T 和T0 ，且T >T0 ，如图6-3所示。此时，在导体两端产生了一个相应的电势差，称为单一导体温差电动势，其大小可由下式求得： 式中 eA(T,T0) ——导体A两端温度为T和T0时形成的温差电动势； σA——导体A的汤姆逊系数，表示单一导体两端的温度差为1℃时所产生的温差电动势，其值与材料性质及两端温度有关。 任务6.1 冶金加热炉温度检测 项目六 温度检测 2．热电偶测温原理 金属导体A、B组成热电偶回路时，总的热电势包括两个结点分别在T和T0的接触电动势eAB(T)及eAB(T0)，以及导体A和导体B因其两端温差而产生的温差电动势eA(T,T0)和eB(T,T0)，如图6-4所示。取eAB(T)的方向为正方向，则总的热电势可表示为 任务6.1 冶金加热炉温度检测 项目六 温度检测 任务6.1 冶金加热炉温度检测 由上式可以得出： （1）如果热电偶两电极材料相同，即nA=nB, σA=σB，则虽两端温度不同，即T≠T0，但总输出电势仍为零，因此，必须由两种不同的材料才能构成热电偶。 （2）如果热电偶两结点温度相同，即T=T0，则回路中的总电势必然等于零。 （3）热电势的大小只与材料和结