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1、温度传感器温度传感器 本章学习的主要内容有本章学习的主要内容有:1、了解、了解温度测量温度测量的的基本概念基本概念和方法；和方法；2、了解、了解热电阻热电阻 热电偶热电偶的工作原理，了的工作原理，了解热电偶的解热电偶的分类及特点分类及特点；3、掌握掌握控温仪表的控温仪表的接线方法接线方法。1/23/20231第一节第一节 温度测量的基本概念温度测量的基本概念 一一、温度测温度测量的基本概念量的基本概念 温度标志着温度标志着物质内部大量分物质内部大量分子无规则运动的子无规则运动的剧烈程度。温度剧烈程度。温度越高，表示物体越高，表示物体内部分子热运动内部分子热运动越剧烈。越剧烈。模拟图：模拟图：在
2、一个密闭的空间里，气体分在一个密闭的空间里，气体分子在高温时的运动速度比低温时快！子在高温时的运动速度比低温时快！低温低温高温高温1/23/20232二、温标二、温标 1 1、温度的数值表示方法称为温温度的数值表示方法称为温标标。它规定了温度的读数的起点（即。它规定了温度的读数的起点（即零点）以及温度的单位。各类温度计零点）以及温度的单位。各类温度计的刻度均由温标确定。的刻度均由温标确定。2 2、国际上规定的温标有：摄氏、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、华氏温标、热力学温标等。1/23/20233几种温标的对比几种温标的对比 正常体温正常体温为为37 C C，相当于
3、华相当于华氏温度多氏温度多少度？少度？1/23/20234热力学温标（热力学温标（K K）热力学温标是热力学温标是建立在热力学第二建立在热力学第二定律基础上的最科定律基础上的最科学的温标，是由开学的温标，是由开尔文（尔文（Kelvin）根根据热力学定律提出据热力学定律提出来的，因此又称开来的，因此又称开氏温标。它的符号氏温标。它的符号是是T，单位是开尔单位是开尔文（文（K）。威廉威廉汤姆逊汤姆逊开尔文勋爵开尔文勋爵像像1/23/202351990国际温标国际温标(ITS-90)从从1990年年1月月1日开始在全世界范日开始在全世界范围内采用围内采用1990年国际温标，简称年国际温标，简称ITS
4、-90。它定义了一系列温度的固定点，它定义了一系列温度的固定点，测量和重现这些固定点的标准仪器以测量和重现这些固定点的标准仪器以及计算公式，例如水的三相点为及计算公式，例如水的三相点为273.16K（0.01 C）等。等。1/23/20236三、温度测量及传感器分类三、温度测量及传感器分类 温度传感器按照温度传感器按照用途用途可分为基准温度可分为基准温度计和工业温度计；按照测量方法又可分为计和工业温度计；按照测量方法又可分为接触式接触式和和非接触式非接触式；按工作原理又可分为；按工作原理又可分为膨胀式膨胀式、电阻式电阻式、热电式热电式、辐射式辐射式等等；等等；按输出方式分，有自发电型、非电测型
5、等。按输出方式分，有自发电型、非电测型等。1/23/20237介绍几种温度测量方法介绍几种温度测量方法 示温涂料（变色涂料）示温涂料（变色涂料）装满装满热水后图案热水后图案变得清晰可辨变得清晰可辨1/23/20238变色涂料在电脑内部温度中的示温作用变色涂料在电脑内部温度中的示温作用CPU散散热风扇热风扇低温时显示低温时显示蓝色蓝色温度升高后变为红色温度升高后变为红色1/23/20239体积体积热膨胀式热膨胀式 不需要电源，耐用；不需要电源，耐用；但感温部件体积较大。但感温部件体积较大。气体的体积与气体的体积与热力学温度成正比热力学温度成正比1/23/202310红外温度计红外温度计1/23/
6、202311热电偶测温的主要优点热电偶测温的主要优点 1、它它属属于于自自发发电电型型传传感感器器：测测量量时时可可以以不不需需外外加加电电源源，可可直直接接驱驱动动动动圈圈式式仪仪表；表；2、测测温温范范围围广广：下下限限可可达达-270 C C，上限可达上限可达18001800 C C以上；以上；3 3、各各温温区区中中的的热热电电势势均均符符合合国国际际计计量委员会量委员会的标准。的标准。1/23/202312先看一个实验先看一个实验热电偶工作原理演示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。结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。热热电极电极A A
7、右端称为：右端称为：自由端自由端（参考（参考端、端、冷冷端端）第二节第二节 热电偶的工作原理热电偶的工作原理 左端称为：左端称为：测量端测量端（工作（工作端、端、热热端端）热热电极电极B B热电势热电势AB1/23/202313通过以上演示得出结论通过以上演示得出结论有关热电偶热电势的讨论有关热电偶热电势的讨论 热热电电偶偶两两结结点点所所产产生生的的总总的的热热电电势势等等于于热热端端热热电电势势与与冷冷端端热热电电势势之之差差，是是两两个个结结点点的的温温差差tt 的函数的函数：EAB（T，T0）=eAB（T T）-eAB（T T0 ）热电势大致与热电势大致与两个结点的两个结点的温差温差t
8、t 成正比成正比1/23/202314从实验到理论：从实验到理论：热电效应热电效应 1821年，德国物理学家年，德国物理学家赛贝克赛贝克用两种用两种不同金属组成不同金属组成闭合回路闭合回路，并用酒精灯加热其，并用酒精灯加热其中一个接触点（称为结点），发现放在回路中一个接触点（称为结点），发现放在回路中的中的指南针发生偏转指南针发生偏转（说明什么？）（说明什么？），如果，如果用两盏酒精灯对两个结点用两盏酒精灯对两个结点同时加热，指南针同时加热，指南针的偏转角反而减小的偏转角反而减小（又说明什么？）（又说明什么？）。显然，指南针的偏转说明回路中有电显然，指南针的偏转说明回路中有电动势产生并有电流在
9、回路中流动，电流的强动势产生并有电流在回路中流动，电流的强弱与两个结点的温差有关。弱与两个结点的温差有关。1/23/202315结点产生热电势的结点产生热电势的微观微观解释及解释及图形符号图形符号 两种不同的金属互相接触时，由于不同金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，在两金属属内自由电子的密度不同，在两金属A和和B的的接触点处会发生自由电子的接触点处会发生自由电子的扩散现象扩散现象。自由电。自由电子将从密度大的金属子将从密度大的金属A扩散到密度小的金属扩散到密度小的金属B，使，使A失去电子带正电失去电子带正电，B得到电子带负电得到电子带负电，从而产生从而产生热电势热电
10、势。自由自由电子电子ABeAB（T T）T T1/23/202316第三节第三节 热电偶的种类及结构热电偶的种类及结构 八种八种国际通用热电偶：国际通用热电偶：B:B:铂铑铂铑3030铂铑铂铑6 6 、R:R:铂铑铂铑1313铂铂 、S:S:铂铑铂铑1010铂铂 、K:K:镍铬镍铬镍硅镍硅 、N:N:镍铬硅镍铬硅镍硅镍硅 、E:E:镍铬镍铬铜镍铜镍、J:J:铁铁铜镍铜镍 、T:T:铜铜铜镍铜镍 用于制造用于制造铂铂热电偶热电偶的各种的各种铂铂热电偶丝热电偶丝1/23/202317几种常用热电偶的测温范围及热电势几种常用热电偶的测温范围及热电势 分度号分度号 名称名称 测量温度范围测量温度范围
11、1000 C热电势热电势/mVB铂铑铂铑3030铂铑铂铑6 6501820 C C4.8344.834R铂铑铂铑1313铂铂-501768 C C10.50610.506S铂铑铂铑1010铂铂-501768 C C9.5879.587K镍铬镍铬镍铬镍铬(铝铝)-2701370 C C41.27641.276E镍铬铜镍镍铬铜镍(康康 铜铜)270800 C C?5种热电偶的测温范围与热电势各有什么特点？种热电偶的测温范围与热电势各有什么特点？1/23/202318几种常用热电偶的热电势与温度的关系几种常用热电偶的热电势与温度的关系曲线分析曲线分析 哪几种热哪几种热电偶的测温上电偶的测温上限较高？
12、限较高？结论：结论：哪几种热电哪几种热电偶的线性较差？偶的线性较差？哪一种热电哪一种热电偶的灵敏度较高偶的灵敏度较高？哪一种热电哪一种热电偶的灵敏度较低偶的灵敏度较低？为什么所有的曲线均过原点（零度点）？为什么所有的曲线均过原点（零度点）？1/23/202319热电偶的分度表热电偶的分度表 热电偶的线性较差，多数情况下采用查表法热电偶的线性较差，多数情况下采用查表法 我国从我国从1991年开始采用国际计量委员会规年开始采用国际计量委员会规定的定的“1990年国际温标年国际温标”（简称（简称ITS-90）的新的新标准。按此标准，制定了相应的分度表，并且标准。按此标准，制定了相应的分度表，并且有相
13、应的线性化集成电路与之对应。有相应的线性化集成电路与之对应。直接从热电偶的分度表查温度与热电直接从热电偶的分度表查温度与热电势的关系时的约束条件是：势的关系时的约束条件是：自由端（冷端）自由端（冷端）温度必须为温度必须为0 0 C C。本教材本教材p317p317的的附录附录E列出了列出了工业中常工业中常用的用的镍铬镍铬-镍硅（镍硅（K）热电偶热电偶的分度表。的分度表。1/23/202320如何利用热电偶的分度表如何利用热电偶的分度表 假设热电偶的冷端温度假设热电偶的冷端温度为为0 0 C C，请根据本教材请根据本教材p317p317的附录的附录E工业中常用的工业中常用的镍镍铬铬-镍硅（镍硅（
14、K）热电偶的热电偶的分度分度表表，查出，查出100100 C 、0 0 C、100100 C 时的热电势。时的热电势。数字式温度表数字式温度表温度上限温度上限设定值设定值温度上限值温度上限值设定键设定键1/23/202321K热电偶的热电偶的分度表分度表 比较比较查出的查出的3 3个个热电势，热电势，可以看出可以看出热电势是热电势是否否线性？线性？1/23/202322如何由热电偶的热电势查热端温度值如何由热电偶的热电势查热端温度值 设设冷端为冷端为0 0 C C，根据以下电路中的毫伏表的根据以下电路中的毫伏表的示示值值及及K热电偶的热电偶的分度表，分度表，查出查出热端的温度热端的温度tx 。
15、1/23/202323普通装配型普通装配型热电偶的热电偶的外形外形安装安装螺纹螺纹安装安装法兰法兰1/23/202324普通普通装配型装配型热热电偶的电偶的结构结构放大图放大图 接线接线盒盒引出线套管引出线套管 固定螺纹固定螺纹（出厂时用塑料包裹）（出厂时用塑料包裹）热电偶工作端（热端）热电偶工作端（热端）不锈钢不锈钢保护管保护管 1/23/202325铠装型热电偶外形铠装型热电偶外形法兰法兰铠装型热电偶可铠装型热电偶可 长达上百米长达上百米薄壁金属薄壁金属 保护套管保护套管（铠体）（铠体）BA绝缘绝缘 材料材料铠装型热电偶铠装型热电偶横截面横截面1/23/202326铠装型热电偶铠装型热电偶
16、 铠装热电偶的制造工艺：铠装热电偶的制造工艺：把热电极材料与高温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。接线盒即成为柔软、细长的铠装热电偶。铠装热电偶特点：铠装热电偶特点：内部的热电偶丝与外界空气隔内部的热电偶丝与外界空气隔绝，有着良好的抗高温氧化、抗低温水蒸气冷凝、抗绝，有着良好的抗高温氧化、抗低温水蒸气冷
17、凝、抗机械外力冲击的特性。铠装热电偶可以制作得很细，机械外力冲击的特性。铠装热电偶可以制作得很细，能解决能解决微小、狭窄场合微小、狭窄场合的测温问题，且具有抗震、可的测温问题，且具有抗震、可弯曲、超长等优点。弯曲、超长等优点。1/23/202327隔爆隔爆型热电偶外形型热电偶外形厚壁厚壁保护管保护管压铸的接线盒压铸的接线盒电缆线电缆线1/23/202328隔爆隔爆型热电偶型热电偶 结构特点结构特点：隔爆热电偶的接线盒在设计时采用防：隔爆热电偶的接线盒在设计时采用防爆的特殊结构，它的接线盒是经过爆的特殊结构，它的接线盒是经过压铸压铸而成的，有一而成的，有一定的厚度、隔爆空间，定的厚度、隔爆空间，
18、机构强度机构强度较高；采用螺纹隔爆较高；采用螺纹隔爆接合面，并采用密封圈进行密封，因此，当接线盒内接合面，并采用密封圈进行密封，因此，当接线盒内一旦放弧时，不会与外界环境的危险气体传爆，能达一旦放弧时，不会与外界环境的危险气体传爆，能达到预期的防爆、隔爆效果。到预期的防爆、隔爆效果。使用场合：使用场合：工业用的隔爆型热电偶多用于工业用的隔爆型热电偶多用于化学工化学工业业自控系统中（由于在化工生产厂、生产现场常伴有自控系统中（由于在化工生产厂、生产现场常伴有各种易燃、易爆等化学气体或蒸汽，如果用普通热电各种易燃、易爆等化学气体或蒸汽，如果用普通热电偶则非常不安全、很容易引起环境气体爆炸）。偶则非
19、常不安全、很容易引起环境气体爆炸）。1/23/202329其他其他热电偶外形热电偶外形小形小形K K型热电偶型热电偶1/23/202330如何如何根据常用电路设备的要求接线根据常用电路设备的要求接线利用利用XMTXMT仪表组成仪表组成热电偶热电偶测温、测温、控温控温电路电路（p152,p152,作业：作业：5 5）热电偶热电偶1/23/202331 请请将将右图各有右图各有关设备关设备正正确地连接确地连接起来，组起来，组成热电偶成热电偶测温、控测温、控温电路。温电路。黄黄绿绿红红L L1 L L2 L L3 接接大地铜排大地铜排接零接零热电偶输出端热电偶输出端电炉电炉交流接交流接触器触器三相三相 空气开关空气开关1/23/202332380V380V线圈的线圈的交流接触器交流接触器连接连接过程过程 当温当温度控制器度控制器测得的温测得的温度达到度达到设设定值时定值时，5-6两端两端开开路路，交流，交流接触器接触器失失电电，电炉，电炉回路被切回路被切断断。接接大地铜排大地铜排黄黄绿绿红红L L1 L L2 L L3 电炉电炉接零接零“3”端接何端接何处处热电偶热电偶再看一次再看一次1/23/202333作业作业p151p151：3 3、4 4、5 51/23/2023341/23/202335休休 息息 一一 下下1/23/202336