2011技师《自动检测技术及应用》一第6章职称考试辅导资料

第六章 温度检测,主讲：王耿燃 QQ：124901003,第六章 温度检测,本章内容包括五个任务和一个拓展实训，通过任务和拓展实训掌握温度自动检测技术基本知识。以热电阻和热电偶自动检测系统项目为例，认识温度自动检测系统，掌握常用温度自动检测系统的设计、选择和实际应用。 拓展实训是对本章知识的补充应用，以热敏电阻自动检测系统项目为拓展实训，学会不同类型的温度传感器在不同场合的实际应用。,项目六 温度检测,1. 项目目的 1）掌握温度检测传感器的种类及选择。 2）掌握热电偶、热电阻测温的原理、连接方式，会利用手册查阅温度元件的技术参数。 3）掌握测温二次仪表的参数设置、连接方式。 4）掌握热电偶冷端温度补偿方法和热电阻的三线制连接方法和必要性。,一. 项目介绍,项目六 温度检测,二、 温度基本知识,（一）、温度测量的基本概念 P117 1 温度,温度是表征物体冷热程度的物理量，是物体内部分子无规则剧烈运动程度的标志,分子运动越剧烈，温度就越高,2 温标 P117 A 温度的数值表示方法称为温标。它规定了温度的读数的起点（即零点）以及温度的单位。各类温度计的刻度均由温标确定。 B 国际上规定的温标有：摄氏温标、华氏温标、热力学温标等。 温标单位换算关系,项目六 温度检测,华氏温标（）在标准大气压下，冰的熔点为32度，水的沸点为212度，中间划分180等分，每等分为华氏1度，符号为F。,摄氏温标()在标准大气压下，冰的熔点为0度，水的沸点为100度，中间划分100等分，每等分为摄氏1度，符号为t。,热力学温标（K）规定分子运动停止时的温度为绝对零度（0K），符号为T。热力学温标的零点绝对零度，是宇宙低温的极限，宇宙间一切物体的温度可以无限地接近绝对零度但不能达到绝对零度（如宇宙空间的温度为0.2K）。,温标的表达方式,几种温标的对比,正常体温为37 ，相当于华氏温度多少度？,项目六 温度检测,1. 温度传感器的种类及特点 温度传感器按照用途可分为基准温度计和工业温度计；按照测量方法又可分为接触式和非接触式；按工作原理又可分为膨胀式、电阻式、热电式、辐射式等等；按输出方式分，有自发电型、非电测型等。,（二）. 温度传感器的特点与分类,项目六 温度检测,接触式温度传感器：接触式温度传感器是将测温敏感元件直接与被测介质接触，使被测介质与测温敏感元件进行充分热交换，当两者具有相同温度时，达到测量的目的。这种传感器的测量精度较高，但由于被测介质的热量传递给传感器，从而降低了被测介质的温度，特别是被测介质热容量较小时，会给测量带来误差。 非接触式温度传感器：非接触式温度传感器主要是利用被测物体热辐射而发出红外线，从而测量物体的温度，可进行遥测。其制造成本较高，测量精度却较低。优点是：不从被测物体上吸收热量；不会干扰被测对象的温度场；连续测量不会产生消耗；反应快等。,（二）. 温度传感器的特点与分类 P118,项目六 温度检测,2. 温度传感器应满足的条件 A 特性与温度之间的关系要适中，并容易检测和处理，且随温度呈线性变化 B 除温度以外，特性对其它物理量的灵敏度要低 C 特性随时间变化要小 D 重复性好，没有滞后和老化 E 灵敏度高，坚固耐用，体积小，对检测对象的影响要小 F 机械性能好，耐化学腐蚀，耐热性能好 G 能大批量生产，价格便宜 H 无危险性，无公害等,（二）. 温度传感器的特点与分类,任务二、热电阻测温,活动1：研究金属的热特性,按图连接电路并测量电流，可以发现金属丝被加热后指示灯变暗(电流减小)。 可以得到： 导体的电阻跟温度有关，温度越高，金属电阻越大,项目六 温度检测,取一只 100W/220V 灯泡，用万用表测量其电阻值，可以发现其冷态阻值只有几十欧姆，而计算得到的额定热态电阻值应为484 。,项目六 温度检测,任务二、热电阻测温,(1) 金属热电阻工作原理 P119,热电阻效应 物质的电阻率随温度变化而变化的物理现象,当温度升高时，虽然自由电子数目基本不变（当温度变化范围不是很大时），但每个自由电子的动能将增加，因而在一定的电场作用下，要使这些杂乱无章的电子作定向运动就会遇到更大的阻力，宏观上表现出电阻率变大，金属电阻值随温度的升高，我们称其为正温度系数，即电阻值与温度的变化趋势相同。,金属的电阻-温度曲线,项目六 温度检测,任务二、热电阻测温,项目六 温度检测,任务二、热电阻测温,（2）热电阻的材料 ： 用于制造热电阻的材料，要求电阻率、电阻温度系数要大，热容量、热惯性要小，电阻与温度的关系最好接近于线性。纯金属具有正的温度系数，可以作为测温元件。铂、铜、铁和镍是常用的热电阻材料，其中铂和铜最常用。 铂热电阻：铂电阻的特点是测温精度高，稳定性好，所以在温度传感器中得到了广泛应用。铂热电阻的统一型号为WZP，主要用作标准电阻温度计。国际标准有Pt100，测温范围为-200960，电阻温度系数为3.9×10-3/，0时电阻值为100。但铂在使用时应装在保护套管中。 铜热电阻：由于铂是贵金属，在测量精度要求不高，温度范围在-50+150时普遍采用铜电阻。铜热电阻的统一型号为WZC，国际标准有Cu50，电阻温度系数为（4.254.28）×10-3/，常用来做-50+150范围内的工业用电阻温度计；其缺点是电阻率较低，容易氧化，只能用在较低温度和没有水份及腐蚀性的介质中。,项目六 温度检测,任务二、热电阻测温, 薄膜铂热电阻：一般铂热电阻的时间常数为几秒至几十秒，在测量表面温度和动态温度时精度不高。薄膜铂热电阻和厚膜铂热电阻的热响应时间特别短，一般在0.10.3 s，适用于表面温度和动态温度的测量。,活动2：认识热电阻,常用典型的热电阻:,铜电阻,项目六 温度检测,汽车用水温传感器（铜电阻）及水温表,活动2：认识热电阻,项目六 温度检测,防爆型铂热电阻,铂电阻温度显示、变送器,活动3：了解热电阻结构 P121,热电阻的结构通常由电阻体、绝缘管、保护套管、引线和接线盒等部分组成。一般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。如图6-2所示是铂电阻测温元件的结构，铂丝的直径为0.030.07mm。,项目六 温度检测,活动4：掌握热电阻接线方法,热电阻的测量电路通常采用不平衡电桥来转换，热电阻在工业测量桥路中的接法常采用两线制和三线制及四线制三种.,项目六 温度检测,两线制接法 三线制接法 四线制接法,任务三、热电偶测温 P122,项目六 温度检测,热电偶在工业和设备试验温度的测量中应用十分广泛。它构造简单，属于自发电型传感器：测量时可以不需外加电源，可直接驱动动圈式仪表；测温范围宽，下限可达-270 ，上限可达1800以上；并且有较高的精确度和稳定性，且动态响应较好；输出直接为电信号，可以远传，便于集中检测和自动控制。,任务三、热电偶测温,项目六 温度检测,活动1：掌握热电偶的测温原理,热电偶的测温原理是基于热电效应。 热电效应：将两种不同的导体A和B连成闭合回路，当两个接点处温度不同时，回路中将产生热电势，由于这种热电效应现象是1821年塞贝克（Seeback）首先发现提出，故又称塞贝克效应。,热电偶测温原理演示,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,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、热电偶测温,项目六 温度检测,任务三、热电偶测温,项目六 温度检测,活动1：掌握热电偶的测温原理,热电偶闭合回路中产生的热电势由两种电势组成：温差电势和接触电势。 A 温差电势是指同一导体两端因温度不同而产生的电势。 对于单一导体，如果两端温度分别为T、TO，且TTO，导体中的自由电子，在高温端具有较大的动能，因而向低温端扩散，在导体两端产生了电势，这个电势称为单一导体的温差电势。 B 接触电势是指两种导体热电极由于材料不同而具有不同的自由电子密度，而热电极接点接触面处就产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，当达到动态平衡时，在热电极接点处便产生一个稳定电势差e AB。,任务三、热电偶测温,项目六 温度检测,活动1：掌握热电偶的测温原理,由于温差电势比接触电势小很多，可忽略不计，热电偶两结点所产生的总的热电势等于热端热电势与冷端热电势之差，如图所示，是两个结点的温差t 的函数：,EAB（T，T0）=e AB（T）- e AB（ T0 ）,由于温差电势比接触电势小很多，可忽略不计，热电偶两结点所产生的总的热电势等于热端热电势与冷端热电势之差，如图所示，是两个结点的温差t 的函数：,EAB（T，T0）=e AB（T）- e AB（ T0 ）,热电势大致与两个结点的温差t 成正比。P123,任务三、热电偶测温,项目六 温度检测,活动2：熟悉热电偶的基本定律及应用,A 中间导体定律：如图所示，在热电偶回路中接入第三种导体，只要该导体两端温度相等，则热电偶产生的总热电势不变。同理,加入第四、第五种导体后,只要加入的导体两端温度相等,同样不影响回路中的总热电势。,EABC（T,T0）=e AB（T）+ e BC（T0）+ e CA（T0） =EAB（T,T0）,任务三、热电偶测温,项目六 温度检测,活动2：熟悉热电偶的基本定律及应用,B 中间温度定律：热电偶在结点温度为T，T0时的热电动势EAB (T，T0) 等于该热电偶在 (T，Tn) 时的热电动势EAB (T，Tn) 与(Tn，T0)时的热电动势 EAB (Tn，T0) 之和。,项目六 温度检测,活动2：熟悉热电偶的基本定律及应用,C 参考电极定律（也称标准电极定律）： 如图，已知热电极A、B与参考电极C组成的热电偶在结点温度为(T，T0)时的热电动势分别为EAC(T，T0)、EBC(T，T0)，则相同温度下，由A、B两种热电极配对后的热电动势EAB(T，T0)可按下面公式计算：,例1 已知铂铑30铂热电偶的E（1084.5，0）= 3.937mV， 铂铑6铂热电偶的 E（1084.5，0）= 8.354mV， 求：铂铑30铂铑6热电偶在同样温度条件下的热电动势。,解: 设A 为铂铑30电极，B 为铂铑6电极，C 为纯铂电极,EAB（1084.5，0） = EAC（1084.5，0 ）- EBC（1084.5，0） = 5.622mV,项目六 温度检测,活动2：熟悉热电偶的基本定律及应用,参考电极定律大大简化了热电偶选配电极的工作，只要获得有关电极与参考电极配对的热电势，那么任何两种电极配对后的热电势均可利用该定理计算，而不需要逐个进行测定。由于纯铂丝的物理化学性能稳定，熔点较高，易提纯，所以目前常用纯铂丝作为标准电极。,项目六 温度检测,活动2：熟悉热电偶的基本定律及应用,项目六 温度检测,活动3：熟悉热电偶的种类和结构 P125,一、热电偶的种类及应用场合： 1）普通型热电偶：主要用于测量气体、蒸汽和液体等介质的温度。 2）铠装热电偶：它是由金属保护套管、绝缘材料和热电极三者组合一体的特殊结构的热电偶。它可以做得很细、很长、而且可以弯曲，同时具有体积小，精度高，响应速度快，可靠性好，耐振动，耐冲击，比较柔软，可挠性好，便于安装等优点，因此特别适用于复杂结构的温度测量。 3）薄膜热电偶：具有的特点是：测量端既小且薄，热容量小，响应速度快。适用于测量微小面积上的瞬变温度。 4）表面热电偶：主要用于现场流动的测量，广泛地用于纺织、印染、造纸、塑料、及橡胶工业。,项目六 温度检测,活动3：熟悉热电偶的种类和结构,普通型热电偶,铠