传感器检测项目二 温度的检测与处理

自动检测技术 周昱英、傅大梅 2008.9,项目二 温度的检测与处理,任务一:饮水机的温度检测任务二:气化炉表面温度的检测 任务三:轧钢工艺钢坯温度的检测,项目二 温度的检测与处理,知识点,温度的基本概念,各类常用温度传感器的工作原理,各类常用温度传感器的适用场合,技能点,掌握温度传感器的选择原则,掌握各类常用温度传感器的使用、测量方法,项目二 温度的检测与处理,问题引入：,1. 什么是温度？,从宏观性质上讲，温度表示了物体冷热程度。,项目二 温度的检测与处理,问题引入：,2. 什么是温标？,为了进行温度测量，需要建立温度的标尺，即为温标。,摄氏温标、华氏温标、热力学温标、国际实用温标。,项目二 温度的检测与处理,问题引入：,3. 各类常用温度传感器有哪些？,项目二 温度的检测与处理,项目二 温度的检测与处理,问题引入：,4. 温度传感器的选择原则？,1）根据测量对象及其所要求的测量功能选定传感器的类型。2）测温范围的大小和精度要求。3）测量环境对传感器大小是否有要求和限制。4）温度传感器的动态响应时间能否适应测量要求。5）被测对象的环境条件对测量元件是否有损害。6）价格是否合理，使用是否方便等。,任务一: 饮水机的温度检测与处理,任务目标:对于常见饮水机，水在加热到100时，饮水机内的电加热器应自动停止加热。如何对饮水机进行温度检测与处理？,有哪些温度传感器的测温范围在0100附近呢？,任务一: 饮水机的温度检测与处理,任务目标:对于常见饮水机，水在加热到100时，饮水机内的电加热器应自动停止加热。如何对饮水机进行温度检测与处理？,要求：价格低；寿命长，不易损坏；对尺寸无特殊要求。,任务一: 饮水机的温度检测与处理,热敏电阻,1. 热敏电阻的工作原理？,利用某种半导体材料的电阻率随温度变化而变化的性质制成。,2. 热敏电阻的分类？,可以按照温度特性分为三类：PTC、NTC、CTR。,任务一: 饮水机的温度检测与处理,热敏电阻,3. 热敏电阻的主要技术指标？,（1）标称电阻值（R25）：热敏电阻在25时的电阻值。,（2）温度系数：温度变化导致的电阻的相对变化。温度系数越大，热敏电阻对温度变化的反映越灵敏。,（3）时间常数：温度变化时，热敏电阻的阻值变化到最终值所需时间。,（4）额定功率：热敏电阻正常工作的最大功率。,（5）温度范围：允许热敏电阻正常工作，且输出特性没有变化的温度范围。,任务一: 饮水机的温度检测与处理,热敏电阻,3. 热敏电阻的优点？,（1）灵敏度高：可以降低对调理电路的要求。,（2）标称电阻在几欧到十几兆欧之间，型号和规格多样：能很好的和各种电路匹配。,（3）体积小：可测量点温。,（4）热惯性小，响应速度快：可用于快速变化的测量场合。,（5）易于大批量生产，成本和价格十分低廉。,任务一: 饮水机的温度检测与处理,热敏电阻,4. 热敏电阻的缺点？,（1）线性度差。,（2）互换性差，即使同一型号的产品特性参数也有较大差别。,任务一: 饮水机的温度检测与处理,热敏电阻,5. 热敏电阻的外形及符号？,a）圆片型热敏电阻 b）柱型热敏电阻 c）珠型热敏电阻 d）铠装型 e）图形符号 1热敏电阻 2玻璃外壳 3引出线 4紫铜外壳 5传热安装孔,任务一: 饮水机的温度检测与处理,热敏电阻,5. 热敏电阻的外形及符号？,任务一: 饮水机的温度检测与处理,热敏电阻,5. 热敏电阻的外形及符号？,贴片式热敏电阻,非标热敏电阻,任务一: 饮水机的温度检测与处理,热敏电阻,5. 热敏电阻的应用？,热敏电阻在温度面板中,热敏电阻在体温计中,任务一: 饮水机的温度检测与处理,热敏电阻,5. 热敏电阻的应用？,热敏电阻在CPU温度测量中,任务目标:炼油、化工行业常用的气化炉表面温度在400450 之间，正常值为425 左右。如何对气化炉表面温度进行温度检测与处理？,任务二: 气化炉表面温度的检测,热电阻式传感器,1. 热电阻式传感器的工作原理？,导体的电阻随温度变化，通过检测金属热电阻器阻值的变化量，即可检测出相应的温度。主要特点是测量精度高，性能稳定。大多用纯金属材料支撑，目前应用最多的是铂和铜。,任务二: 气化炉表面温度的检测,热电阻式传感器,2. 热电阻式传感器的种类铂热电阻,统一型号为WZP 。易于提纯，物理化学性质稳定，电阻率较大，长期复现性最好， 测量精度高。铂热电阻主要用作标准电阻温度计。 常用的工业用铂电阻器为Pt 100和Pt 1000。铂电阻器的电阻值与温度之间的关系可以查分度表或由公式计算得出。,任务二: 气化炉表面温度的检测,热电阻式传感器,2. 热电阻式传感器的种类铂热电阻,任务二: 气化炉表面温度的检测,热电阻式传感器,3. 热电阻式传感器的种类铜热电阻,统一型号为WZC 。其优点是价格便宜、纯度高、 复制性好，线性特性次于铂， 但比铂电阻有较高的灵敏度。 常用的工业用铜电阻器为Cu 50和Cu 100。铜电阻器的电阻值与温度之间的关系可以查分度表或由公式计算得出。,任务二: 气化炉表面温度的检测,热电阻式传感器,3.热电阻式传感器的种类铂热电阻和铜热电阻,任务二: 气化炉表面温度的检测,热电阻式传感器,4. 热电阻的结构普通型热电阻温度传感器,普通型热电阻的结构由电阻体、 绝缘体、 保护套管和接线盒四部分组成。 是将电阻丝绕在云母或石英、 陶瓷、 塑料等绝缘骨架上， 固定后套上保护套管， 在热电阻丝与套管间填上导热材料即成。,任务二: 气化炉表面温度的检测,热电阻式传感器,4. 热电阻的结构铠装热电阻温度传感器,铠装热电阻的结构通常由电阻体、 引线、绝缘体、 不锈钢保护套管等部分组成。 不锈钢套管是经过多次一体拉制而成的坚实体。,任务二: 气化炉表面温度的检测,热电阻式传感器,4. 热电阻的结构防爆型热电阻温度传感器,一般用于有爆炸危险场所的温度测量。接线盒是隔爆外壳，将因收到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内。,任务二: 气化炉表面温度的检测,热电阻式传感器,4. 热电阻的接线方式,热电阻的端子有三种不同的连接方式： 二线式、 三线式和四线式。 二线式适用于印制电路板上， 测量回路与传感器不太远的情况。 在距离较远时， 为消除引线电阻受环境温度影响造成的测量误差， 需要采用三线式或四线式接法。,任务二: 气化炉表面温度的检测,热电阻式传感器,4. 热电阻的接线方式,任务二: 气化炉表面温度的检测,热电阻式传感器,5. 热电阻敏感元件的校验,热电阻敏感元件在用前、修后和使用过一段时间后要进行校验，以保证其测量精度。工业用热电阻敏感元件的校验：校验R100/R0的比值即可。,任务二: 气化炉表面温度的检测,热电阻式传感器,6. 热电阻敏感元件的常见故障及其处理方法,任务二: 气化炉表面温度的检测,任务目标:在轧钢过程中，钢坯的轧制温度是关键的工艺参数，钢坯温度控制的好坏，将直接影响产品的质量。轧钢温度一般在600以上，如何对钢坯的轧制温度进行检测？,任务三: 钢坯轧制温度的检测,热电偶式传感器,1. 热电偶式传感器的工作原理？,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,右端称为：自由端（参考端、冷端）,左端称为：测量端（工作端、热端）,热电极B,热电势,A,B,任务三: 钢坯轧制温度的检测,热电偶式传感器,1. 热电偶式传感器的工作原理？,热电效应：,将两种不同材料的导体A和B串接成一个闭合回路，当两个接点温度不同时，在回路中就会产生热电势，形成电流，此现象称为塞贝克热电效应。,任务三: 钢坯轧制温度的检测,热电偶式传感器,1. 热电偶式传感器的工作原理？,两种不同的金属互相接触时，由于不同金属内自由电子的密度不同，在两金属A和B的接触点处会发生自由电子的扩散现象。自由电子将从密度大的金属A扩散到密度小的金属B，使A失去电子带正电，B得到电子带负电，从而产生接触热电势。,任务三: 钢坯轧制温度的检测,热电偶式传感器,2. 热电偶的基本定律,1）均质导体定律由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的横截面积、长度以及温度分布如何均不产生热电动势。,任务三: 钢坯轧制温度的检测,热电偶式传感器,2. 热电偶的基本定律,2）中间导体定律在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只要其两端的温度相等，该导体的接入就不会影响热电偶回路的总热电动势。,任务三: 钢坯轧制温度的检测,热电偶式传感器,2. 热电偶的基本定律,3）标准电极定律两种导体A,B分别与参考电极C组成热电偶，若AC、BC的热电动势已知，则：,任务三: 钢坯轧制温度的检测,热电偶式传感器,2. 热电偶的基本定律,4）中间温度定律热电偶在两接点温度t、t0时的热电动势等于该热电偶在接点温度为t、tn和tn、t0时的相应热电动势的代数和。,任务三: 钢坯轧制温度的检测,热电偶式传感器,3. 热电偶式传感器的结构？普通型,热电偶通常由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒等几个主要部分组成。,接线盒,引出线套管,热电偶工作端（热端）,不锈钢保护管,固定螺纹 （出厂时用塑料包裹）,任务三: 钢坯轧制温度的检测,热电偶式传感器,3. 热电偶式传感器的结构？普通型,任务三: 钢坯轧制温度的检测,热电偶式传感器,3. 热电偶式传感器的结构？铠装式,铠装热电偶的制造工艺：把热电极材料与高温绝缘材料预置在金属保护管中、运用同比例压缩延伸工艺、将这三者合为一体，制成各种直径、规格的铠装偶体，再截取适当长度、将工作端焊接密封、配置接线盒即成为柔软、细长的铠装热电偶。,任务三: 钢坯轧制温度的检测,热电偶式传感器,3. 热电偶式传感器的结构？铠装式,法兰,铠装型热电偶可 长达上百米,薄壁金属 保护套管（铠体）,任务三: 钢坯轧制温度的检测,热电偶式传感器,4. 常用热电偶式传感器的特点及应用,具有结构简单、制造方便、测量范围广、精度高和输出信号便于远传等优点。通常用于测量炉子、管道内的气体或液体的温度。灵敏度较低，容易受到环境干扰信号的影响，不适合测量微小的温度变化。,任务三: 钢坯轧制温度的检测,热电偶式传感器,4. 常用热电偶式传感器的特点及应用,任务三: 钢坯轧制温度的检测,热电偶式传感器,4. 常用热电偶式传感器的特点及应用,任务三: 钢坯轧制温度的检测,热电偶式传感器,4. 常用热电偶式传感器的特点及应用,任务三: 钢坯轧制温度的检测,热电偶式传感器,5. 热电偶式传感器的使用方法热电偶分度表,在使用没有温度指示的热电偶温度传感器时，要根据传感器输出电压值推算出相应的温度值。首先确定热电偶传感器使用的热电偶材料，然后查出分度号，再查相应分度表。一般厂家会随产品付给相应分度表。,以t0=0为基准进行分度。,任务三: 钢坯轧制温度的检测,热电偶式传感器,5. 热电偶式传感器的使用方法热电偶冷端补偿,1）冷端恒温法：,（1）0恒温器将热电偶的冷端置于温度为0的恒温器内。 （2）其他恒温器将热电偶的冷端置于各种恒温器内，使之保持温度恒定。这类恒温器的温度不为0，需对热电偶进行冷端温度修正。,任务三: 钢坯轧制温度的检测,热电偶式传感器,5. 热电偶式传感器的使用方法热电偶冷端补偿,2）计算修正法：,根据中间温度定律公式，可以利用下式计算并修正测量误差：EAB（t，0C）=EAB（t，t0）+EAB（t0，0C）,例：用型热电偶测温度，冷端为40 ，测得的热电势为29.188(mV)，求被测温度T。,解：已知e(t,40)=29.188(mV)查 E(40,0)=1.611(mV) 故 E(t,0)=29.188+1.611=30.799(mV)查K型分度表得：T=740 ,任务三: 钢坯轧制温度的检测,热电偶式传感器,5. 热电偶式传感器的使用方法热电偶冷端补偿,3）选择冷端温度不需要补偿的热电偶：,有些热电偶在一定温度范围内，不产生热电势火热电势很小。如铂铑30铂铑6热电偶在050时，只有-23V的热电势。,