温度检测项目报告

'南通航运职业技术学院机电系模块化课程项目研究报告课程名称：工业检测项目名称：温度测量班级：*******姓名：***学号********同组学员：成绩：教师签名：17 目录一、任务提出……………………………………2二、资讯………………………………………2（一）、温度检测的基本概念………………2（二）、温度检测的方法及分类………………3（1）、膨胀式测温…………………………3（2）、热电阻传感器测温…………………3（3）、热电偶式传感器……………………8（三）、温度传感器的主要发展方向…………13三、决策…………………………………………14四、计划…………………………………………14五、实施…………………………………………15七、评价…………………………………………17六、检查…………………………………………1717 一、任务提出温度是与人类生活息息相关的物理量，人类早在2000多年前，就开始为检测温度进行了各种努力，并开始研究使用温度传感器。在工业生产过程中，温度是需要进行测量和控制的重要参数之一，在生产自动化流程，温度测量点要占全部测量点的一半左右，人类离不开温度检测，更离不开温度传感器。因此，温度传感器有着非常广泛的应用。那么究竟什么是温度，什么是温度传感器，测量温度的传感器有哪些，温度传感器是怎样进行温度的测量，温度检测的发展方向是怎么样。这些问题将在下面的报告中找到答案。二、资讯温度是一个和人们生活环境有着密切关系的物理量，也是一种在生产、科研、生活中需要测量和控制的重要物理量，是国际单位制七个基本量之一。（一）、温度检测的基本概念（1）温度的基本概念温度是表征物体冷热程度的物理量。温度标志着物质内部大量分子无规则运动的剧烈程度。温度越高，表示物体内部分子热运动越剧烈。（2）温标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。国际上规定的温标有：摄氏温标、华氏温标、热力学温标等。17 我国常用摄氏温标（°C），国外多用华氏温标（F），而热力学温标（K）一般为实验室研究使用。华氏温标与摄氏温标的关系式为：热力学温标和摄氏温标的关系为：（二）、温度检测的方法及分类温度测量方法有很多种，按工作原理可分为膨胀式、热电阻式、热电偶式等。（1）、膨胀式测温膨胀式测温是一种比较传统的测温方法，它主要利用物质的热胀冷缩原理即根据物体体积或几何形变与温度的关系进行温度测量。膨胀式温度计包括玻璃液体温度计、双金属膨胀式温度计和压力式温度计等。膨胀式温度计结构简单，价格低廉，可直接读数，使用方便，并且由于是非电量测温方式，适用于防爆场合。但准确度较低，不易实现自动化，而且容易损坏。（2）、热电阻传感器测温热电阻传感器是利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温的。主要用于测量温度以及与温度有关的参量。测量精度高，易于使用在自动测量和远距离测量中。在工业上，它被广泛用来测量－200℃～960℃范围内的温度。17 按热电阻性质不同，可分为金属热电阻和半导体热电阻两大类。一般把金属热电阻称为热电阻,而把半导体热电阻称为热敏电阻。1）、金属热电阻1、金属热电阻的工作原理及其特点金属热电阻的电阻值和温度一般可以用一下的近似关系式表示：热电阻是根据金属材料的电阻和温度的线性关系来进行温度测量，输出信号大，准确度较高，稳定性好，适用于中低温的测量场合。2、常用金属热电阻目前较为广泛应用的热电阻材料是铂、铜，它们的电阻温度系数在3～6´10﹣³/℃17 范围内。作为测温用的热电阻材料，希望具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、使用温度范围宽、加工容易等特点。在铂、铜中，铂的性能最好，采用特殊的结构可以制成标准温度计，它的适用温度范围为-200—+960℃，但成本太高；铜电阻价廉并且线性较好，适用于温度在－50一＋150℃的环境中，目前铜热电阻应用很普遍。3、金属热电阻的结构热电阻主要由感温元件、内引线、保护管3部分组成。通常还具有与外部测量及控制装置、机械装置连接的部件。4、金属热电阻传感器应用内部引线方式有两线制、三线制和四线制三种。二线制中引线电阻对测量影响大,用于测温精度不高场合。三线制可以减小热电阻与测量仪表之间连接导线的电阻因环境温度变化所引起的测量误差。四线制可以完全消除引线电阻对测量的影响,用于高精度温度检测。工业用铂电阻测温采用三线制或四线制。（内部引线方式）17 2）、半导体热敏电阻传感器1、热敏电阻的工作原理及其特点半导体热敏电阻的阻值和温度的关系：热敏电阻是一种电阻值随温度呈指数变化的半导体热敏元件，电阻温度系数大，灵敏度高结构简单，电阻率高，热惯性小，价格便宜的特点。但其电阻值和温度的关系线性度差，且稳定性和互换性也较差。2、常用的热敏电阻热敏电阻按其温度系数可分为负温度系数热敏电阻（NTC）和正温度系数热敏电阻(PTC)两大类。所谓正温度系数是指电阻的变化趋势与温度的变化趋势相同；所谓负温度系数是指当温度上升时，电阻值反而下降的变化特性。NTC热敏电阻研制得较早，也较成熟。最常见的是由金属氧化物组成的。如锰、钴、铁、镍、铜等多种氧化物混合烧结而成，其标称阻值(25℃时)，可以从0.1Ω至几兆欧范围内选择，视氧化物的比例而定。典型的PTC热敏电阻通常是在钛酸钡中掺入其他金属离子，以改变其温度系数和临界温度。它的温度—电阻特性曲线呈非线性，它在电子线路中多起限流、保护作用。当流过PTC的电流超过一定限度或PTC感受的温度超过一定限度时，其电阻突然增大。17 3、热敏电阻的结构热敏电阻可根据使用要求加工成各种形状的探头，如园片型、柱型、珠型、铠装型、薄膜型等，如下图所示。热敏电阻的外形、结构及符号a）圆片型热敏电阻b）柱型热敏电阻c）珠型热敏电阻d）铠装型e）厚膜型f）图形符号1—热敏电阻2—玻璃外壳3—引出线4—紫铜外壳5—传热安装孔4、热敏电阻的应用热敏电阻几乎在每—个部门都有使用，如家用电器、制造工业、医疗设备、运输、通信、保护报警装置和科研等。下面仅举几个例子，介绍热敏电阻的应用情况。半导体点温计，热敏电阻很适合作点温计，因为它的体积小，响应速度快。半导体点温计采用不平衡电桥电路。热敏电阻用于热保护，17 利用热敏电阻可以对特定的温度进行监视，例如可以监测电机绕组的过热状态。只需将珠状阻体装在电机绕组间，通过长导线引出，当电枢绕组温度过高时，就会发出警报或自动切断电源，液面位置传感器，作被面位置传感器用的热敏电阻通以电流将引起自身发热。当处于两种不同介质中，电阻的散热条件石同，流过的电流也不同。通过电流表的指示可以反映液面的水平位置。（3）、热电偶式传感器1、热电偶传感器的工作原理及特点将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，如图所示工作原理图当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一个大小的电流，这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。热电偶传感器的特点：测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。测量范围广。常用的热电偶从-50~1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达2800℃（如钨-铼）。构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。2、常用的热电偶17 常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。3、热电偶的结构热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下：1、组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固；2、两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路；3、补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠；4、保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。根据测温环境不同，以及使用方法等不同，将热电偶分为装配式热电偶和铠装热电偶两大类。工业用装配式热电偶作为测量温度的变送器通常和显示仪表、记录仪表和电子调节器配套使用。它可以直接测量各种生产过程中从0℃到1800℃范围的液体、蒸汽和气体介质以及固体的表面温度。4、热电偶的温度补偿由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极17 ，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。从热电效应的原理可知，热电偶产生的热电动势与两端温度有关。只有将冷端的温度恒定，热电势才是热端温度的单值函数。用热电偶的分度表查毫伏数-温度时，必须满足t0=0°C的条件。在实际测温中，冷端温度常随环境温度而变化，这样t0不但不是0°C，而且也不恒定，因此将产生误差。一般情况下，冷端温度均高于0°C，热电势总是偏小，应想办法消除或补偿热电偶的冷端损失。为此，必须采取一些相应的措施，常用的方法有以下几种：冷端恒温法，将热电偶的冷端置于装有冰水混合物的恒温容器中，使冷端的温度保持在0°C不变。此法也称冰浴法，它消除了t0不等于0°C而引入的误差，由于冰融化较快，所以一般只适用于实训室中，图6－11是冷端置于冰瓶中的接法布置图。计算修正法，当热电偶的冷端温度t0¹0°C时，由于热端与冷端的温差随冷端的变化而变化，所以测得的热电势EAB（t，t0）与冷端为0°C时所测得的热电势EAB（t，0°C）不等。若冷端温度高于0°C，则EAB（t，t0）