项目六温度检测系统（课件）- 《传感器与检测技术（第3版）》同步教学（北京邮电版）

项目六 温度检测系统 任 务 一 认识温度传感器 认识温度传感器 3 知识目标 通过熟悉热电阻式传感器的使用,了解温度检测的一般原理和使用条件,掌握温度传感器的一般分类、原理和使用方法。 技能目标 通过实践操作和训练理解,初步认识热电阻式传感器及其检测适应性,了解工业中常用的各种温度传感器的使用方法和一般规程。 热电阻是利用导体的电阻随温度变化而变化的特性检测温度的,因此要求作为检测用的热电阻材料必须具备以下特点:电阻温度系数尽可能大和稳定,电阻率高,电阻与温度之间关系最好呈线性,并且在较宽的检测范围内具有稳定的物理和化学性质。目前应用得较多的热电阻材料有铂和铜等。热电阻由电阻体、保护套和接线盒等部件组成。其结构形式可根据实际使用制作成各种形状,通常都是将双线电阻丝绕在用石英、云母、陶瓷和塑料等材料制成的骨架上,可以检测200~500℃的温度。 一、热电阻式温度传感器 铂电阻 由于铂电阻物理、化学性质在高温和氧化性介质中很稳定,它能用做工业测温元件和作为温度标准。按国际温标ITS-90规定,在-259.34~630.74℃温域内,以铂电阻温度计做基准器。 工业用铂热电阻体的结构如图6-1所示,一般由直径为0.03~0.07mm 的纯铂丝绕在平板形支架上,用银导线做引出线。 热电阻的分类 2. 铜电阻 在检测精度不太高、测温范围不大的情况下,可以采用铜电阻代替铂电阻,这样可以降低成本,同时也能达到精度要求。 铜热电阻体的结构如图6-2所示。通常用直径为0.1mm 的漆包线或丝包线双线绕制, 而后浸以酚醛树脂成为一个铜电阻体,再用镀银铜线做引出线,穿过绝缘套管便制作成铜电阻。 热电阻的分类 6 3. 其他热电阻 上述两种热电阻对于低温和超低温的检测性能不理想,而铟、锰、碳等热电阻材料是检测低温和超低温的理想材料。因此,一般采用这些材料制作低温热电阻传感器。 铟电阻用99.999%高纯度的铟丝绕成电阻,可在室温至4.2K温度范围内使用。试验证明,在4.2~15K 温度范围内,铟电阻灵敏度比铂电阻高10倍。其缺点是材料软,复制性差。 锰电阻在2~63K温度范围内,电阻随温度变化大,灵敏度高。其缺点是材料脆,难拉成丝。 碳电阻适合于液氦温域的温度检测,价廉,对磁场不敏感,但热稳定性较差。 热电阻的分类 1.热电效应及热电偶 将两种不同材料的导体组成一个闭合回路,如图6-5所示,当闭合回路的两个接点分别置于不同的温度场中,回路中产生一个方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关的电动势,这种效应称为热电效应。两端的温差越大,产生的电动势也越大。两种导体组成的回路称为热电偶,这两种导体称为热电极,产生的电动势称为热电动势。热电偶的热电动势由两部分组成,一部分是两种导体的接触电动势,另一部分是单一导体的温差电动势。 二、热电偶式温度传感器 教学视频——热电偶测温原理 热电势 ●定义:在两个不同成分的导体(或半导体) A和B组成的闭合回路中，如果它们的两个接点温度不同，则回路中会产生一个电动势。 ●热电势的大小:和两端的温度差有关。 知识拓展 热电偶 ●定义: A、B焊接成对后称之为热电偶。 ●特点:结构简单、热容量小、材料的互换性好、滞后效应小、信号能远距离传送、多点测量、便于检测和控制。 ●应用:作为感温元件在工业生产和科学研究中广泛应用。 知识拓展 热电偶由温差产生的热电动势是随介质温度变化而变化的,其关系为： 综上所述,热电动势的大小只与材料和接点温度有关,与热电偶的尺寸、形状及沿电极温度分布无关。如果冷端温度固定,则热电偶的热电动势就是被测温度的单值函数,即 式中,EAB(t,t0)为热电偶的热电动势,V;eAB(t)为温度为t时工作端T 的热电动势,V; eAB(t0)为温度为t0 时自由端T0 的热电动势,V。 热电偶回路电极的金属导体应具备特点 (1)配对的热电偶应有较大的热电动势,并且热电动势与温度尽可能有良好的线性关系。 (2)能在较宽的温度范围内应用,并且在长时间工作后,不会发生明显的化学及物理性质的变化。 (3)温度系数小,电导率高。 (4)易于复制,工艺性与互换性好,便于制定统一的分度表。材料要有一定的韧性,焊接性能好,以利于制作。 满足上述条件的金属材料不是很多,目前我国大量使用的是铜-康铜、镍铬-铜、镍铬-镍 硅、镍铬-镍铝、铂铑10-铂、铂铑30-铂铑6。 2.工业热电偶的结构形式 热电偶的种类繁多,按结构形式可分为普通型热电偶、铠装 热电偶、多点式热电偶和薄膜热电偶等,按材料可分为难熔金属 热电偶、贵金属热电偶和廉价金属热电偶,按使用温度可分为高 温热电偶、中温热电偶和低温热电偶。 下面按照结构形式介绍热电偶。 二、热电偶式温度传感器 2.工业热电偶的结构形式