模塊三溫度傳感器 任務(wù)1電阻式溫度傳感器 1 1 學(xué)習(xí)溫度 溫標(biāo)的概念2 學(xué)習(xí)溫度傳感器的分類3 學(xué)習(xí)熱電阻 熱敏電阻傳感器的概念及其特點(diǎn) 種類及其應(yīng)用 2 一 什么是溫度從宏觀性質(zhì)講 溫度表示了物體冷熱程度 物體溫度的高低確定了熱量傳遞的方向 從微觀性質(zhì)講 溫度表示了物體內(nèi)部分子運(yùn)動的劇烈程度二 什么溫標(biāo)為了進(jìn)行溫度測量 需建立溫度的標(biāo)尺即溫標(biāo) 它規(guī)定了溫度讀數(shù)的起點(diǎn) 零點(diǎn) 以及溫度的單位 國際上規(guī)定的溫標(biāo)有 攝氏溫標(biāo) 華氏溫標(biāo) 熱力學(xué)溫標(biāo) 1 攝氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)把在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的熔點(diǎn)定為零度 0 把水的沸點(diǎn)定為100度 100 在這兩個溫度點(diǎn)間劃分100等份 每一等份為1攝氏度 國際攝氏溫標(biāo)的符號為t 國際攝氏溫標(biāo)的溫度單位符號為 3 2 華氏溫標(biāo)規(guī)定一定濃度的鹽水凝固時的溫度定為0 把純水凝固時的溫度定為32 把標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水沸騰的溫度定為212 用 代表華氏溫度 華氏溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)的關(guān)系式為 3 熱力學(xué)溫標(biāo) 物理學(xué)中的絕對溫度 國際單位制的基本溫標(biāo) 符號T 單位為開爾文 符號為K 熱力學(xué)溫標(biāo)以水的固 液 氣三態(tài)平衡共存時的溫度為基本定點(diǎn) 并規(guī)定其溫度為273 15K 熱力學(xué)溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)存在著下述的關(guān)系 4 溫度傳感器是用來測試溫度的器件 主要由感溫元件和測量電路組成 分類按照感溫元件是否與被測溫對象相接觸來分溫度傳感器可分為接觸式和非接觸式按照其與單片機(jī)的接口來分傳統(tǒng)的分立式 模擬集成 智能數(shù)字溫度傳感器 5 按照感溫元件是否與被測溫對象相接觸來分 溫度傳感器可分為接觸式和非接觸式 1 接觸式溫度傳感器測溫時與被測對象直接接觸 主要包括電阻式 熱電偶 熱膨脹式溫度傳感器等 2 非接觸式溫度傳感器測溫時不需直接與被測對象接觸 可以測量高溫 有腐蝕性 有毒和運(yùn)動物體的溫度 主要包括輻射高溫計 紅外溫度傳感器等 6 按照其與單片機(jī)的接口來分 溫度傳感器可分為傳統(tǒng)的分立式 模擬集成 智能數(shù)字溫度傳感器三類 傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器輸出的是模擬電信號模擬集成溫度傳感器的輸出是模擬電信號智能數(shù)字溫度傳感器輸出的是數(shù)字信號 7 在本模塊中 溫度傳感器的分類主要以測溫原理為依據(jù) 介紹最為常見的電阻式溫度傳感器和熱電偶溫度傳感器 8 在現(xiàn)代機(jī)加工過程中常常使用數(shù)控機(jī)床 見下左圖 機(jī)床中電動機(jī)的旋轉(zhuǎn) 移動部件的移動 切削等都會產(chǎn)生熱量 見下右圖 且溫度分布不均勻 造成溫差 使機(jī)床產(chǎn)生熱變形影響零件加工精度 為了避免溫度產(chǎn)生的影響 可在機(jī)床上某些部位裝設(shè)溫度傳感器 感受溫度信號并將其轉(zhuǎn)換成電信號送給控制系統(tǒng) 控制冷卻液流量 以便控制溫度 機(jī)加工使工件溫度升高 數(shù)控機(jī)床 9 溫度的測量與控制 一直都是電氣自動化控制的一項重要任務(wù) 在工業(yè)現(xiàn)場與家庭生活中都存在著許多溫度控制的要求 而準(zhǔn)確的溫度控制又決定著某種控制任務(wù)是否成功 比如 家用電餅鐺的使用過程中 對其加熱控制要求就很高 既要保證食物被烙熟 還要保證食物不被烙糊 在其中用于測量溫度的元件就是熱敏電阻 電加熱溫度控制接線原理圖 圖中 由接觸器完成電加熱器的接通于斷開 加熱初始由啟動按鈕啟動接觸器接通電熱管開始加熱 熱電偶完成溫度測量 并將溫度信號傳送至溫度控制器的輸入端 溫度控制器根據(jù)溫度設(shè)定值來控制接觸器的接通于斷開 從而達(dá)到閉環(huán)的溫度自動控制要求 加熱完成按下停止按鈕關(guān)閉電加熱控制系統(tǒng) 電阻式溫度傳感器 1 熱電阻溫度傳感器2 熱敏電阻溫度傳感器 11 熱電阻效應(yīng)導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的電阻值隨溫度變化而變化的現(xiàn)象稱為熱電阻效應(yīng) 電阻式溫度傳感器就是利用熱電阻效應(yīng)制成的 12 熱電阻按使用的材料來分可分為兩大類 一種是由金屬導(dǎo)體鉑 銅 鎳等制成的感溫元件 稱為金屬熱電阻 簡稱熱電阻 另一種是由半導(dǎo)體材料制成的感溫元件 稱為熱敏電阻 熱敏電阻的圖形符號 13 熱電阻 銅電阻 鉑電阻 14 熱敏電阻 15 熱敏電阻 16 熱電阻的特點(diǎn) 1 金屬熱電阻隨溫度的升高而增大2 R t特性曲線關(guān)系最好成線性關(guān)系3 最常用的材料是鉑和銅4 物理 化學(xué)性能穩(wěn)定 重復(fù)性好 17 鉑電阻鉑易于提純 物理 化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定 電阻率較大 能耐較高的溫度 是制造標(biāo)準(zhǔn)熱電阻和工業(yè)用熱電阻的最好材料 但鉑是貴重金屬 價格較高 按照ITS 1990標(biāo)準(zhǔn) 國內(nèi)常用的鉑熱電阻器有R0 10歐姆和R0 100歐姆兩種 它們的型號分別為Pt10和Pt100 其中Pt100最為常用 不同型號有其對應(yīng)的分度表 R t特性曲線的關(guān)系表 鉑熱電阻 Pt100 分度表見表3 1 這樣在實際測量時 只要測得熱電阻的阻值 便可從相應(yīng)的分度表中查出對應(yīng)的溫度值 得到被測物體的溫度 18 19 銅電阻銅材料容易提純 具有較大的電阻溫度系數(shù) 銅電阻的阻值與溫度之間接近線性關(guān)系 銅的價格比較便宜 工業(yè)上銅熱電阻有兩種分度號 Cu50 R0 50歐姆 和Cu100 R0 100歐姆 相應(yīng)有Cu50 Cu100兩種分度表 20 熱電阻的典型測量電路工業(yè)上多采用三線單臂電橋電路和四線制恒流源測量電路 21 電橋的概念 用比較法測量各種量 如電阻 電容 電感等 的儀器 最簡單的是由四個支路組成的電路 各支路稱為電橋的 臂 如圖電路中有一電阻為未知 R2 一對角線中接入直流電源U 另一對角線接入檢流計G 可以通過調(diào)節(jié)各已知電阻的值使G中無電流通過 則電橋平衡 未知電阻R2 R1 R4 R3 22 23 熱敏電阻 1 熱敏電阻是由某些金屬氧化物或單晶硅 鍺等材料按特定工藝制成的熱敏元件 它對溫度反應(yīng)較為敏感 電阻值隨溫度變化顯著 2 根據(jù)受熱方式的不同分 熱敏電阻可分為直熱式和旁熱式兩種 按熱敏電阻的溫度系數(shù)分為三類 可分為PTC NTC CTR 24 根據(jù)受熱方式的不同分 熱敏電阻可分為直熱式和旁熱式兩種 直熱式熱敏電阻是利用電阻體本身通過電流產(chǎn)生熱量 使其電阻值發(fā)生變化而制成的 旁熱式熱敏電阻中除了一個電阻體外 還有一個金屬絲繞制的加熱器作為熱源電阻 電阻體與加熱體之間絕緣 但又離得很近 一起密封在高真空的玻璃殼中 25 熱敏電阻的分類按熱敏電阻的溫度系數(shù)分為三類 1 電阻值隨溫度升高而升高的 稱為正溫度系數(shù)熱敏電阻 PTC 2 電阻值隨溫度升高而降低的 稱為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻 NTC 3 具有正或者負(fù)溫度系數(shù)特性 但在某一溫度范圍電阻值發(fā)生巨大變化的 稱為突變型溫度系數(shù)熱敏電阻 CTR 主要用于溫度開關(guān) 26 圖2 2 2熱敏電阻的溫度特性曲線 1 PTC熱敏電阻2 NTC熱敏電阻3 正溫度系數(shù)CTR4 負(fù)溫度系數(shù)CTR 27 電阻式傳感器 1 熱電阻溫度傳感器2 熱敏電阻溫度傳感器 28 熱電阻溫度傳感器有普通型 鎧裝型 端面型和隔爆型四種結(jié)構(gòu) 29 1 普通型熱電阻溫度傳感器普通型熱電阻溫度傳感器由熱電阻元件 絕緣套管 引出線 保護(hù)套管及接線盒等基本部分組成 如下圖所示 普通型熱電阻溫度傳感器 30 2 鎧裝熱電阻溫度傳感器鎧裝熱電阻溫度傳感器是由感溫元件 電阻體 引線 高絕緣氧化鎂 1Cr18Ni9Ti不銹鋼套管經(jīng)多次一體拉制而成的堅實體 這樣在安裝 彎曲時 不會損壞熱電阻元件 3 端面熱電阻溫度傳感器端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲繞制而成 緊貼在溫度計端面 其外形如下圖所示 外形短 粗 敏感元件集中在端面 31 端面熱電阻溫度傳感器 32 4 隔爆型熱電阻溫度傳感器隔爆型熱電阻通過具有隔爆外殼的接線盒 把其外殼內(nèi)部可能產(chǎn)生爆炸的混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線盒內(nèi) 阻止向周圍的生產(chǎn)現(xiàn)場傳爆 其外形如下圖所示 隔爆型熱電阻溫度傳感器 33 熱敏電阻溫度傳感器熱敏電阻與熱電阻相比 其靈敏度高 電阻溫度系數(shù)大 結(jié)構(gòu)簡單 體積小 適應(yīng)于動態(tài)測量 但化學(xué)穩(wěn)定性差 測溫范圍窄 通常為 100 300C 熱敏電阻溫度傳感器便于安裝與遠(yuǎn)距離測溫 廣泛應(yīng)用于家用空調(diào) 汽車空調(diào) 冰箱 飲水機(jī) 暖風(fēng)機(jī) 洗碗機(jī) 消毒柜 洗衣機(jī) 電熱水器 整體浴室 豆?jié){機(jī) 烘干機(jī)等 34 圖2 2 4用PTC組成的溫度測量原理圖 35 36 37 38 39 圖2 2 4用PTC組成的溫度測量原理圖 40 一 填空題1 金屬熱電阻的電阻率隨溫度的升高而 2 熱敏電阻是一種 會隨 而改變的敏感元件3 將萬用表的選擇開關(guān)置于RX1k擋 再將萬用表的兩支表筆與PTC熱敏電阻RT的兩端相連 這時指針恰好指在刻度盤的中間 若往PTC熱敏電阻RT上擦一些酒精 指針將向 移動 若用蠟燭火靠近PTC熱敏電阻RT 則指針將向 移動 增大 電阻值 溫度 右 左 41 4 從宏觀性質(zhì)講 溫度表示了物體 程度 物體溫度的高低確定了熱量傳遞的方向5 國際上規(guī)定的溫標(biāo)有 華氏溫標(biāo) 熱力學(xué)溫標(biāo) 其中攝氏溫標(biāo)的單位為 華氏溫標(biāo)的單位為 熱力學(xué)溫標(biāo)的單位為 6 按照感溫元件是否與被測溫對象相接觸來分溫度傳感器可分為 和非接觸式溫度傳感器7 傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器輸出的是 模擬集成溫度傳感器的輸出是 智能數(shù)字溫度傳感器輸出的是 冷熱 攝氏溫標(biāo) K 接觸式 模擬電信號 模擬電信號 數(shù)字信號 42 8 導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的電阻值隨 變化而變化的現(xiàn)象稱為 效應(yīng) 電阻式溫度傳感器就是利用 效應(yīng)制成的 9 熱電阻按使用的材料來分可分為兩大類 一種是由 導(dǎo)體鉑 銅 鎳等制成的感溫元件 稱為 簡稱熱電阻 另一種是由半導(dǎo)體材料制成的感溫元件 稱為 溫度 熱電阻 熱電阻 金屬 金屬熱電阻 熱敏電阻 43 10 負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻也稱為 熱敏電阻 大多都具有很 的負(fù)電阻溫度系數(shù) 當(dāng)溫度升高時 其電阻值隨之 二 判斷題1 半導(dǎo)體熱敏電阻常用做溫度傳感器 這是因為溫度越高 它的電阻值越大 2 電蔚斗能夠自動控制溫度的原因是因為它裝有雙金屬片溫度傳感器 這種傳感器的作用是控制電路的通斷 NTC 高 減小 X 44 三 簡答題1 電阻式溫度傳感器的工作原理是什么 它有哪幾種類型 2 金屬熱電阻傳感器常用的材料有哪幾種 各有什么特點(diǎn) 3 熱敏電阻分為哪三類 試分析一下它們各自的特點(diǎn) 4 請畫出熱電阻和熱敏電阻的電路符號 45 5 請根據(jù)以下的圖說明曲線1和曲線2的特點(diǎn) 46 47