課題一熱敏電阻式溫度傳感器課題二金屬熱電阻式溫度傳感器課題三熱電偶式溫度傳感器課題四紅外溫度傳感器

了解溫度的基本概念。

掌握熱敏電阻式溫度傳感器的分類和主要技術指標。

能正確選用熱敏電阻式溫度傳感器。

掌握熱敏電阻式溫度傳感器的基本使用方法。學習目標課題一熱敏電阻式溫度傳感器知識引入如圖所示為日常生活中常見的飲水機。飲水機的溫度控制ａ）飲水機外形ｂ）飲水機電路原理圖知識講解一、溫度的基本概念１．溫度從宏觀性質講，溫度表示了物體的冷熱程度，當兩個冷熱不同的物體相互接觸時，熱量會從熱物體傳向冷物體，使熱物體變冷，冷物體變熱，最終使兩物體的冷熱程度相同，此時稱該兩物體達到熱平衡。因此，物體溫度的高低確定了熱量傳遞的方向：熱量總是從溫度高的物體傳遞給溫度低的物體。從微觀來講，溫度表示物質內部分子運動的劇烈程度，溫度越高，物質內部分子運動越劇烈。2．溫標（1）攝氏溫標攝氏溫標把在標準大氣壓下冰的熔點定為0℃，水的沸點定為100℃，在這兩個溫度點間劃分100等份，每一等份為1℃，℃為國際攝氏溫標的溫度單位符號。（2）華氏溫標華氏溫標把一定濃度的鹽水凝固時的溫度定為0°F，把純水凝固時的溫度定為32°F，把標準大氣壓下水沸騰的溫度定為212°F，°F為華氏溫標的溫度單位符號。華氏溫標與攝氏溫標的關系式為：θF=1.8t℃+32（3）熱力學溫標國際單位制（即SI制）中，以熱力學溫標作為基本溫標。它所定義的溫度稱為熱力學溫度T，單位為開爾文，符號為K。熱力學溫標與攝氏溫標存在著下述的關系：t℃=TK-273.15（4）國際實用溫標國際實用溫標是一個國際協議性溫標，與熱力學溫標基本吻合。二、熱敏電阻式溫度傳感器１．熱敏電阻的分類常見熱敏電阻元件的外形如圖所示，將熱敏電阻元件進行封裝后，即可成為溫度傳感器，如圖所示。熱敏電阻熱敏電阻式溫度傳感器熱敏電阻是利用半導體材料的電阻率隨溫度變化而變化的性質制成的。它的電阻值隨溫度變化而劇烈地變化，因此可以提供較高的靈敏度。熱敏電阻的電阻—溫度特性曲線如圖所示。熱敏電阻的電阻—溫度特性曲線１—NTC２—PTC３、４—CTR２．熱敏電阻的主要技術指標（１）標稱電阻值（R25），即熱敏電阻在25℃時的電阻值。（２）溫度系數，即溫度變化引起的熱敏電阻阻值的相對變化。（３）時間常數，即溫度變化時，熱敏電阻的阻值變化到最終值的63.2％時所需的時間。（４）額定功率，即熱敏電阻正常工作所允許的最大功率。（５）溫度范圍，即熱敏電阻正常工作，輸出特性沒有變化所允許的溫度范圍。３．熱敏電阻的特點熱敏電阻的缺點主要是特性分散性很大。熱敏電阻突出的優點在于：（１）靈敏度高。（２）有標稱電阻值為幾歐到十幾兆歐的不同型號、規格。（３）體積小。（４）熱慣性小，響應速度快。（５）結構簡單、堅固，能承受較大的沖擊、振動。（６）資源豐富，制作簡單，可方便地制成各種形狀（見圖），易于大批量生產。熱敏電阻外形ａ）圓片形ｂ）薄膜形ｃ）桿形ｄ）管形ｅ）平板形ｆ）珠形ｇ）扁圓形ｈ）墊圓形ｉ）桿形（金屬帽引出）４．熱敏電阻的選用方法在選用熱敏電阻時，一般根據測溫控溫的對象，從特性、穩定性、互換性、結構來選擇適用于不同場合的熱敏電阻。在選擇時必須注意，除特殊高溫熱敏電阻外，絕大多數熱敏電阻僅適用于0～150℃范圍。三、溫度的測量方法溫度的測量方法分為接觸式和非接觸式。接觸式是將溫度傳感器與被測物體接觸，或將溫度傳感器置入被測物體中，當兩個冷熱不同的物體相互接觸時，熱量會從熱物體傳向冷物體，使熱物體變冷，冷物體變熱，最后兩物體達到熱平衡，此時溫度傳感器顯示的溫度就是被測物體的溫度。非接觸式是將被測物體作為熱源，采用輻射式溫度傳感器接收被測物體的能量，根據接收能量的大小，即可測出被測物體的溫度。

了解金屬熱電阻的功能特點和典型測量電路的工作原理。

能正確識讀金屬熱電阻典型測量電路并完成接線。

掌握金屬熱電阻式溫度傳感器的類型和功能，并能合理選用。

能正確完成金屬熱電阻式溫度傳感器的安裝、校驗。

能正確排除金屬熱電阻式溫度傳感器的常見故障。學習目標課題二金屬熱電阻式溫度傳感器知識引入如圖所示為煉油、化工行業常用的氣化爐。氣化爐知識講解電阻式溫度傳感器就是以一定方式將溫度變化值這一物理量轉化為敏感元件的電阻變化，進而通過電路變成電壓或電流信號輸出。它結構簡單，性能穩定，成本低廉，在許多行業得到了廣泛應用。若按其制造材料進行分類，有金屬熱電阻（鉑、銅、鎳）式溫度傳感器和半導體熱電阻（熱敏電阻）式溫度傳感器。一、金屬熱電阻金屬熱電阻的阻值隨溫度的升高而增大，且與溫度變化成一定的函數關系，因此通過檢測金屬熱電阻的阻值即可測出相應溫度。常用的金屬熱電阻主要有鉑電阻和銅電阻。鉑電阻銅電阻帶金屬防護套熱電阻溫度傳感器１．鉑電阻鉑易于提純，物理、化學性質穩定，電阻率較大，能耐較高的溫度，是制造標準熱電阻和工業用熱電阻的最好材料。但鉑是貴重金屬，價格較高。２．銅電阻銅材料容易提純，具有較大的電阻溫度系數，阻值與溫度之間接近線性關系，且銅的價格比較便宜。銅電阻的缺點是電阻率較小，所以體積較大，穩定性也較差，容易氧化。３．金屬熱電阻的典型測量電路金屬熱電阻的測量電路常用惠斯通電橋電路。為了克服引出線電阻的影響，常采用圖所示的三線單臂電橋電路。三線單臂電橋電路三線制、四線制實際測量接線圖三線制、四線制實際測量接線圖金屬熱電阻式溫度傳感器配套儀表外部接線端子ａ）三線制測量接線ｂ）四線制測量接線二、金屬熱電阻式溫度傳感器的結構在測量無腐蝕性的氣體或固體表面溫度時，如環境良好，可直接使用金屬熱電阻溫度敏感元件，如圖所示為吸塵器電動機溫控傳感器。吸塵器電動機溫控傳感器１．普通型金屬熱電阻式溫度傳感器普通型金屬熱電阻式溫度傳感器由熱電阻元件、絕緣套管、引出線、保護套管及接線盒等基本部分組成，如圖所示。普通型金屬熱電阻式溫度傳感器2.鎧裝金屬熱電阻式溫度傳感器鎧裝金屬熱電阻式溫度傳感器由敏感元件（電阻體）、引線、高絕緣氧化鎂、1Cr18Ni9Ti不銹鋼套管組成。1Cr18Ni9Ti不銹鋼套管是經多次一體拉制而成的堅實體，在安裝、彎曲時，不會損壞熱電阻元件。３．端面金屬熱電阻式溫度傳感器端面金屬熱電阻式溫度傳感器的溫度敏感元件由特殊處理過的電阻絲材繞制，緊貼在溫度計端面，其外形如圖所示。端面金屬熱電阻式溫度傳感器４．隔爆型熱電阻式溫度傳感器隔爆型熱電阻式溫度傳感器通過具有隔爆外殼的接線盒，把其外殼內部可能產生爆炸的混合氣體、因受到火花或電弧等影響而可能發生的爆炸局限在接線盒內，阻止向周圍的生產現場傳爆。隔爆型熱電阻式溫度傳感器三、溫度傳感器安裝方法１．溫度傳感器的安裝地點應選擇在便于安裝、維護且不易受到外界損壞的位置。２．溫度傳感器的插入方向應與被測介質流向相逆，或者垂直，盡量避免與被測介質流向一致，如圖所示。溫度傳感器的插入方向１—與流向相逆２—與流向垂直３—與流向一致３．在管道上安裝溫度傳感器時，應使溫度傳感器溫度敏感元件的端頭處于流速最大的管道中心線，插入深度應不小于300mm，或應大于管道直徑的1／3。４．溫度傳感器插入部分越長，測量誤差越小。增加插入深度的措施１—斜向插入２—彎頭插入３—加裝擴容管圖５．為防止熱量損耗，溫度傳感器暴露在設備外面的部分要盡量短，而且應該在露出部分加保溫層。６．溫度傳感器安裝在負壓管道或容器時，要保證安裝的密封性良好。對于密封要求較高的腔體溫度的測量，溫度傳感器安裝完成后，應進行氣密檢查。７．溫度傳感器裝在具有固體顆粒和流速很高的介質中時，為防止溫度傳感器長期受到沖刷而損壞，可在溫度傳感器之前加裝保護板，如圖所示。加裝保護板１—壁２—溫度傳感器３—三角鐵保護板四、金屬熱電阻式溫度傳感器的校驗溫度傳感器在使用前、修理后或使用過一段時間后，要進行校驗，以保證測量精度。工業用熱電阻式溫度傳感器的校驗方法比較簡單，通常只要校驗R100/R0

的值即可（R100

為100℃時傳感器的電阻值，R0

為0℃時傳感器的電阻值）。熱敏電阻的校驗方法與上述方法相同，只是由于熱敏電阻的阻值與溫度的關系為非線性，需要選擇多點校驗，一般將熱敏電阻放在高精度溫控油槽內進行各溫度點恒溫測量。五、金屬熱電阻式溫度傳感器常見故障及其處理金屬熱電阻式溫度傳感器常見的故障是電阻斷路和短路，其中以斷路居多，這是由于電阻絲很細所致。金屬熱電阻式溫度傳感器的常見故障、故障原因和處理方法

了解熱電偶的工作原理。

了解熱電偶式溫度傳感器的結構、類型、性能特點及其適用場合。

能正確安裝、使用熱電偶式溫度傳感器。

能正確排除熱電偶式溫度傳感器的常見故障。學習目標課題三熱電偶式溫度傳感器知識引入在軋鋼過程中，鋼坯的軋制溫度是關鍵的工藝參數，鋼坯溫度控制的準確與否，將直接影響產品的質量。因此在軋鋼過程中（見圖），必須精確測量、控制精煉爐的溫度。軋鋼工藝過程知識講解一、熱電偶的工作原理熱電偶由兩種不同材料的金屬導體絲或半導體組成。將兩根金屬絲的一端焊接在一起，作為熱電偶的測量端，另一端與測量儀表相連，通過測量熱電偶的輸出電勢，即可推算出所測溫度值，如圖所示。圖為一種熱電偶式溫度傳感器的實物照片。熱電偶工作原理熱電偶式溫度傳感器熱電偶的工作原理建立在導體的熱電效應上。當有兩種不同材質的導體或半導體A和B組成一個回路，其兩端相互連接（見圖），只要兩接點處的溫度不同，回路中將產生一個電動勢，該電動勢的方向和大小與導體的材料及兩接點的溫度有關，這種現象稱為“熱電效應”。熱電偶回路同時，熱電偶還遵循以下幾個基本定則：１．均質導體定則如果熱電偶回路中的兩個熱電極材料相同，無論兩接點的溫度如何，熱電動勢均為零，稱為熱電偶的均質導體定則。２．中間導體定則在熱電偶回路中接入第三種導體，只要第三種導體兩接點的溫度相同，則回路中總的熱電動勢不變，這就是熱電偶的中間導體定則。如圖所示，在熱電偶回路中接入第三種導體C。導體A與B接點處的溫度為t，A與C、B與C兩接點處的溫度相同，都為t0，則回路中的總電動勢與未接入導體C時相比是不變的。熱電偶中間導體定則３．標準電極定則如果兩種導體分別與第三種導體組成的熱電偶所產生的熱電動勢已知，則由這兩種導體組成的熱電偶所產生的熱電動勢也可知，這就是熱電偶的標準電極定則。由于鉑的物理、化學性質穩定，熔點高，易提純，所以通常選用高純鉑絲作為標準電極。熱電偶標準電極定則４．中間溫度定則熱電偶在兩接點溫度為t、t0

時的熱電動勢等于該熱電偶在接點溫度為t、tn

和tn、t0

時的相應熱電動勢的代數和，如圖所示，這就是熱電偶的中間溫度定則。熱電偶中間溫度定則二、熱電偶式溫度傳感器的結構１．普通型熱電偶在工業生產控制中普通型熱電偶作為測量溫度的傳感器，通常和顯示儀表、記錄儀表和一些控制儀表配套使用。普通型熱電偶式溫度傳感器的內部結構１—熱電偶工作端２—絕緣套３—下保護套４—絕緣套管５—固定法蘭６—上保護套７—接線盒底座８—接線絕緣座９—引出線套管１０—固定螺釘１１—接線盒外罩１２—接線柱常見普通型熱電偶式溫度傳感器的外形結構ａ）無固定裝置式ｂ）固定螺紋式ｃ）活動法蘭式ｄ）固定法蘭式ｅ）活絡管接頭式ｆ）固定螺紋式錐形ｇ）直形管接頭式ｈ）固定螺紋接頭式ｉ）活動螺紋管接頭式２．鎧裝熱電偶式溫度傳感器的結構鎧裝熱電偶式溫度傳感器的結構與鎧裝熱電阻式溫度傳感器的結構基本相同，是由熱電極、絕緣材料、不銹鋼套管經多次一體拉制而成。各種鎧裝熱電偶式溫度傳感器ａ）防噴式ｂ）防水式ｃ）圓接插式ｄ）扁接插式ｅ）手柄式ｆ）補償導線式３．薄膜熱電偶薄膜熱電偶是由兩種薄膜熱電極材料，用真空蒸鍍、化學涂層等方法蒸鍍到絕緣基板上面制成的一種特殊熱電偶，如圖所示。薄膜熱電偶的外形１—熱電極２—熱接點３—絕緣基板４—引出線三、熱電偶式溫度傳感器的特點及應用在溫度測量中，熱電偶式溫度傳感器的應用極為廣泛，它具有結構簡單、制造方便、測量范圍廣、精度高、熱慣性小和輸出信號便于遠傳等許多優點。熱電偶式溫度傳感器也有缺陷，那就是它靈敏度比較低，容易受到干擾信號的影響，也容易受到前置放大器溫度漂移的影響，因此不適合測量微小的溫度變化。四、熱電偶式溫度傳感器的使用與安裝１．熱電偶分度表在使用熱電偶式溫度傳感器時，要根據傳感器輸出的電壓值來推算出相應的溫度值。２．熱電偶的冷端補償根據熱電偶輸出電壓值，可以通過分度表快速查出溫度值。３．熱電偶的冷端延長實際測溫時，由于熱電偶長度有限，冷端溫度將直接受到被測物溫度和周圍環境溫度的影響。４．熱電偶式溫度傳感器的安裝方法普通型熱電偶式溫度傳感器和鎧裝熱電偶式溫度傳感器的安裝方法與熱電阻式溫度傳感器的安裝方法基本相同。熱電偶在金屬壁表面焊接安裝方法ａ）Ｖ形焊ｂ）平行焊ｃ）交叉焊五、熱電偶式溫度傳感器的常見故障及其處理方法熱電偶式溫度傳感器的常見故障、故障原因和處理方法

了解紅外線測溫的基本工作原理。

掌握常見紅外探測器的類型、特點，了解其工作原理。

能正確選擇與使用紅外溫度傳感器。學習目標課題四紅外溫度傳感器知識引入如圖所示，電廠的鍋爐爐膛區溫度高達1300℃，是需要監測的關鍵參數。電廠鍋爐爐膛溫度測量知識講解一、紅外線測溫工作原理自然界中，任何高于絕對零度（-273℃）的物體都將產生紅外輻射。紅外輻射俗稱紅外線，是波長范圍在0.76～1000μm內的不可見光。物體產生紅外輻射能力的大小與其表面溫度密切相關，物體的溫度越高，輻射出來的紅外線越多，紅外輻射的能量就越強。通過對物體紅外輻射能量的探測，便可準確地確定它的表面溫度，紅外溫度傳感器即是通過這一原理來檢測溫度的。二、紅外探測器紅外探測器是紅外溫度傳感器的核心，是一種輻射能轉換器，主要用于將接收到的紅外輻射能轉換為便于測量或觀察的電能、熱能等其他形式的能量。紅外溫度傳感器１．熱探測器熱探測器又通稱為能量探測器，其原理是利用輻射的熱效應，通過熱電變換來探測輻射。入射到探測器光敏平面的輻射被吸收后，引起敏感元件的溫度變化，進而使其相關的物理參數發生相應變化，通過測量該變化即可確定探測器所吸收的紅外輻射。熱釋電型紅外探測器是根據熱釋電效應制成的，熱釋電效應指的是當電石、水晶等晶體受熱產生溫度變化時，其原子排列將發生變化，晶體自然極化，在其表面產生電荷的現象。熱釋電型紅外探測