(中职）传感器原理及应用任务1活动三 装调透明工厂温度监控系统.pdf

任务1 部署透明工厂信息采集系统任务1 部署透明工厂信息采集系统活动三 装调透明工厂温度监控系统活动三 装调透明工厂温度监控系统系统装调任务场景传感器知识活动总结传感器原理及应用装调透明工厂温度监控系统装调透明工厂温度监控系统 温度是工业生产中最为常见的工艺参数之一，尤其是在化工生产领域，各种原料按照一定配比进入反应釜中，通过化学反应完成原料到产品的转变，化学反应伴随大量热量的散发和吸收，因此，控制反应釜的温度是整个化工生产工艺的核心部分，它直接影响到产品的质量、产出率以及能耗图1-3-1 反应釜温度控制系统示意图系统装调任务场景传感器知识活动总结传感器原理及应用 反应釜内的温度传感器一般采用能测量高温环境下的热电偶传感器，典型的热电偶温度传感器如图1-3-2所示热电偶主要由接线盒，热电极，绝缘套、热端的焊点以及保护套管组成温度监控系统中传感器的使用温度监控系统中传感器的使用 （a）实物图片 （b）结构示意图系统装调任务场景传感器知识活动总结传感器原理及应用 温度传感器直接将温度信号转换为电信号，因此，它既是敏感元件，又是转换元件，它能检测到温度的变化并将其转换为热电动势、电荷和电阻的变化，通过测量电路再进行电信号的转换和放大。

温度传感器温度传感器 图1-3-3 温度传感器工作原理框图系统装调任务场景传感器知识活动总结传感器原理及应用（1）热电偶工作原理 热电偶测温是基于两种不同导体所体现的热电效应不同来测量的，热电偶传感器的基本转换原理是将温度或能转换成温度变化的物理量，经热电偶转换成热电势的输出，再通过测量电路放大，送到控制或显示电路，获知被测介质的温度 温度传感器工作原理温度传感器工作原理图1-3-4  常见热电偶系统装调任务场景传感器知识活动总结传感器原理及应用酒精灯 将两种不同材料的导体A和B串接成一个闭合回路，由于两个材料不同，内部电子的浓度不同，当两个接点T与T0温度有差异时，电子浓度大的材料里的电子将会向电子浓度小的材料里扩散，电子扩散的速率与两电极的材料和接触面温度有关，电子扩散的结果使导体A由于失去电子而带正电荷，导体B获得电子而带负电荷，电子扩散形成了一定大小的电流，回路中产生一定的热电动势，这种现象称为热电效应图1-3-5 热电效应原理图温度传感器工作原理温度传感器工作原理系统装调任务场景传感器知识活动总结传感器原理及应用热电偶产生的热电动势： ET=EAB（T）－EAB（T0） ① 热电偶的两个热电极必须是两种不同材料的均质导体，否则热电偶回路的总电势为零； ② 热电偶两接点温度必须不等，否则，热电偶回路总热电势亦为零；③ 热电偶A，B产生的热电势只与两个接点温度有关，而与中间温度无关；与热电偶的材料有关，而与热电偶的尺寸、形状无关。

温度传感器工作原理温度传感器工作原理系统装调任务场景传感器知识活动总结传感器原理及应用表1-3-1  各种热电偶性能的比较类型普通热电偶铠装热电偶薄膜热电偶表面热电偶防爆热电偶浸入式热电偶类型普通热电偶铠装热电偶薄膜热电偶表面热电偶防爆热电偶浸入式热电偶结构由热电极、绝缘套管、保护管和接线盒组成由热电偶丝、 绝缘材料和金属套管三者经拉伸加工而成的坚实组合体由两种薄膜热电极材料用真空蒸镀、化学凃层等方法蒸镀到绝缘基板上面制成它的测温结构分为凸形、弓形和针形采用间隙隔爆原理，设计具有足够强度的接线盒等部件从而进行隔爆热电极装在外径为U形石英管内，其外部有绝缘良好的纸管、保护管及高温绝热水泥加以保护和固定温度传感器工作原理温度传感器工作原理系统装调任务场景传感器知识活动总结传感器原理及应用（2）热电阻工作原理 物质的电阻值随着温度变化而变化并且呈一定函数关系的传感器为热电阻，根据材料的不同，分为金属热电阻和半导体热敏电阻① 金属热电阻工作原理 金属热电阻是基于金属导体的电阻值随温度的升高而增大的特性来测量温度的，我们简称为热电阻，在工业生产中主要测量-100~500℃的温度。

温度传感器工作原理温度传感器工作原理系统装调任务场景传感器知识活动总结传感器原理及应用（b）结构图（c）电气符号温度传感器工作原理温度传感器工作原理系统装调任务场景传感器知识活动总结传感器原理及应用② 半导体热敏电阻工作原理 半导体热敏电阻是利用半导体的电阻值随温度显著变化这一特性而制成的一种传感器，这里我们简称为热敏电阻，能对温度和与温度有关的参数进行检测 （a）实物图 （b）电气符号温度传感器工作原理温度传感器工作原理系统装调任务场景传感器知识活动总结传感器原理及应用图1-3-8 热敏电阻温度特性温度传感器工作原理温度传感器工作原理系统装调任务场景传感器知识活动总结传感器原理及应用表1-3-3  各种热敏电阻性能比较分类正 温 度 系 数 热 敏 电 阻（PTC）负温度系数热敏电阻（NTC）临界温度系数热敏电阻（CTR）材料BaTiO3或SrTiO3或PbTiO3为主要成分的烧结体锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要成分的烧结体钒、钡、锶、磷等元素氧化物的混合烧结体特性电阻值随温度的升高而增大电阻值随温度的升高而下降电阻值在某特定温度范围内随温度的升高而降低3～4个数量级，即具有很大的负温度系数测量范围50～150℃50～350℃骤变温度随添加锗、钨、钼等的氧化物而变温度传感器工作原理温度传感器工作原理系统装调任务场景传感器知识活动总结传感器原理及应用（3）热释电红外传感器工作原理 当某种材料受到红外辐射而温度升高时，在其表面释放了一部分电荷，这种现象称为热释电效应。

图1-3-9  热释电效应原理图温度传感器工作原理温度传感器工作原理系统装调任务场景传感器知识活动总结传感器原理及应用 热释电红外传感器是在热释电晶体的两面镀上金属电极后，加电极化制成，由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出 （a）实物图 （b）结构图图1-3-10  热释电红外传感器结构温度传感器工作原理温度传感器工作原理系统装调任务场景传感器知识活动总结传感器原理及应用（（b）人体经过传感器产生的的脉冲信号a）人体移动区域 温度传感器工作原理温度传感器工作原理系统装调任务场景传感器知识活动总结传感器原理及应用（1）热电偶测量电路（a）应用电路温度传感器测量电路温度传感器测量电路系统装调任务场景传感器知识活动总结传感器原理及应用实际热偶电动势需要在仪表测量值的基础上加入室温修正值                                       E(T,0) = E(T, Tn) + E(Tn, 0)（b）补偿电路图1-3-12  热电偶测量电路温度传感器测量电路温度传感器测量电路系统装调任务场景传感器知识活动总结传感器原理及应用（2）热电阻测量电路 图1-3-13  热电阻三线制测量电路温度传感器测量电路温度传感器测量电路系统装调任务场景传感器知识活动总结传感器原理及应用（3）热敏电阻测量电路       热敏电阻通常采用桥式测量电路。

温度传感器测量电路温度传感器测量电路系统装调任务场景传感器知识活动总结传感器原理及应用（4）热释电红外传感器测量电路图1-1-25 应变式电阻传感器实用电路温度传感器测量电路温度传感器测量电路系统装调任务场景传感器知识活动总结传感器原理及应用（1）燃气灶中的感应针 燃气灶里面有两盒针，一个是打火针，另外一个是感应针温度传感器应用温度传感器应用图1-3-16 燃气灶结构图打火针感应针系统装调任务场景传感器知识活动总结传感器原理及应用                                       （b）熄火保护功能原理图                                  图1-3-17  热电偶在燃气灶中的作用原理图（a）正常工作原理图 温度传感器应用温度传感器应用系统装调任务场景传感器知识活动总结传感器原理及应用（2）燃油温度传感器 图1-3-18  燃油温度传感器在汽车中的安装位置温度传感器应用温度传感器应用系统装调任务场景传感器知识活动总结传感器原理及应用温度传感器应用温度传感器应用系统装调任务场景传感器知识活动总结传感器原理及应用（3）红外测温仪（a）实物图 （b）工作原理框图 图1-3-19  红外测温仪工作原理温度传感器应用温度传感器应用系统装调任务场景传感器知识活动总结传感器原理及应用（4）电饭煲限温器（a）限温器在电饭煲得安装位置温度传感器应用温度传感器应用系统装调任务场景传感器知识活动总结传感器原理及应用                   (b)  限温器的内部结构图                温度传感器应用温度传感器应用系统装调任务场景传感器知识活动总结传感器原理及应用（5）热式气体质量流量计 图1-3-21热式气体质量流量计结构图温度传感器应用温度传感器应用系统装调任务场景传感器知识活动总结传感器原理及应用 本活动采用了最常用的热电阻PT100作为温度检测传感器，使用金属瓶模拟反应釜，通过电加热的方式调节金属瓶内的温度，使用水作为加热的介质，通过设定温度，控制是否加热来完成温度检测和控温的过程，从而构成一个完整的温度监控系统。

温控系统的组成如图1-3-22所示温度监控系统构成温度监控系统构成（a）鸟瞰图                                         （b）俯视图              图1-3-22 透明工厂温度监控系统组成 系统装调任务场景传感器知识活动总结传感器原理及应用 系统通过加热盘加热，使金属瓶内的温度升高，使用PT100检测瓶内温度，通过事先设定的温度值来控制温度，即当加热盘加热到一定温度后将会自动停止加热，当低于某温度时加热盘又开始加热，注意：温度变化随加热的变化有一定延迟温度传感器测温原理温度传感器测温原理（a）安装图                                             （b）接线图图1-3-23  PT100变送器安装与接线图系统装调任务场景传感器知识活动总结传感器原理及应用（1）检测元件装调温度监控系统装调温度监控系统 温度监控系统元件清单如表1-3-4所示，将表中套件清点后，测试相关元件性能是否正常序号名称型号序号名称型号/规格数量规格数量1 1热电阻PT100 12 2温度变送器4-20MA13 3信号调理模块4-20MA转0-5V14 44路16位A/D采集模块ADS118/SPI15 5OLED显示模块SSD1306/0.96' 1286416 6响亮闪光报警器22sm/12V17 7控制器模块ATMEGA256018 8继电器模块松乐SRD/12V19 9单端加热棒24V11010铝合金热盘 11111加热罐200ml/50mm11212电源12V/5V 30W11313万用表　11414导线　若干表1-3-4 元件清单系统装调任务场景传感器知识活动总结传感器原理及应用（2）装调系统① 装配温度变送器电路板步骤一：将温度变送器电路板套件按照工作页所提供的装配图进行焊接、装配。

步骤二：将温度变送器电路板与控制模块和声光报警器连接起来② 搭接系统步骤一：搭建由单端加热棒和铝合金加热盘构成的加热系统；步骤二：安装PT100传感器和变送器到热电阻外壳中，并和反应釜配合；③ 安装控制器模块及安装OLED显示模块装调温度监控系统装调温度监控系统系统装调任务场景传感器知识活动总结传感器原理及应用① 将控制器模块项目拨码开关设置为1，活动拨码开关设置为3② 设置最高加热的温度和最低温度；③ 运行程序开始温控实验，观测温度变化④ 将温度传感器连接到变送器，调节电源到24V，将变送器连接到电源可调节端（24V），将传感器放入反应釜，加热观察电流变化并填写表1-3-5中装调温度监控系统装调温度监控系统表1-3-5   温度测试数据表加热时间加热时间电流(ma)（3）注意事项① 注意PT100传感器的测量范围，使用时不要超过测量范围，以免造成传感器损坏② 热电阻安装时，其插入深度不小于热电阻保护管外径的8倍～10倍，尽可能使热电阻受热部分增长③ 热电阻尽可能垂直安装，以防在高温下弯曲变形系统装调任务场景传感器知识活动总结传感器原理及应用活动总结活动总结 本活动以装调温度监控系统为目标，在任务描述部分对系统的作用、组成结构进行了简单描述；对系统中温度传感器的安装方法和基于温度传感器的系统装调过程进行了介绍。

围绕着任务的要求，本活动通过收集温度传感器信息，对该传感器的组成、结构、工作原理、测量电路以及它在其它方面应用进行了详细介绍温度传感器按照输出信号的不同，可分为热电偶、热电阻以及热释电红外传感器三类温度传感器是利用热电效应将温度的变化转换为电信号的一种传感器，是由与温度有关的特性相关的金属、半导体等制成THANKS!THANKS!。