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1、课题项目：温度传感器 任务一：电阻式温度传感器课程名称传感器基础知识授课类型新授班级日期课时6教学目标知识目标：掌握温度报警器工作原理，理解电阻式温度传感器工作原理，热电阻测量电路能力目标：能安装，调试温度报警器情感目标：认识温度传感器工作原理教学重点传感器常用技术指标的检测方法教学难点温度报警器安装，调试教学方法讲述法，实践操作法；练习法课前准备热敏电阻，万用表，酒精灯，温度计教学后记及改进措施课 堂 教 学 安 排1、温度是表征物体或系统的冷热程度的物理量。温度单位是国际单位制中七个基本单位之一2、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。 3
2、、温标是衡量物体温度的标准尺度，是温度的数值表示方法，是规定温度的读数起点（零点）和测量的基本单位。温标的种类很多，目前国际上常用的温标有摄氏温标、华氏温标、热力学温标和国际实用温标。A、摄氏温标是根据液体（水银）受热后体积膨胀的性质建立起来的。摄氏温标规定在标准大气压下纯水的冰融点为0，水沸点为100，在0100之间分一百等份，每一等份定义为1摄氏度。 单位符号为，变量符号记作t。B、华氏温标也是根据液体（水银）受热后体积膨胀的性质建立起来的。 华氏温标规定在标准大气压下纯水的冰融点为32，水沸点为212，中间180等份，每一等份定义为1华氏度。 单位符号为F，变量符号记作tF。C、热力学温
3、标又称开氏温标； 是以热力学第二定律为基础的理论温标，与物体任何物理性质无关，是国际统一的基本温标。 单位符号为K，变量符号记作T。 热力学温标有一个绝对零度，它规定分子运动停止时的温度为绝对零度，因此它又称为绝对温标。温标单位大小定义为水三相点（固、液、气三相并存）的热力学温度的1/273.16，4、. 温度检测的主要方法 （1）利用物质热膨胀与温度关系测温 用以测温的选择物体可以是固体、气体或液体，其受热后体积膨胀，在一定温度范围内体积变化与温度变化呈连续、单值的关系，且复现性好。 如双金属温度计、压力式温度计和玻璃液体温度计。（2）利用热效应测温课 堂 教 学 安 排 两种不同的导体两端
4、短接形成闭合回路，当两接点处于不同温度时，回路中出现热电势。 利用这一原理制成生产中广泛使用的热电偶温度计。 （3）利用导体或半导体的电阻与温度关系测温 对于铂、铜等金属导体或半导体热敏电阻，其阻值随温度变化发生相应变化，根据R-t关系测量温度。 如铂电阻温度计。（4）利用热辐射原理测温 物体辐射能随温度而变化，利用这一性质制成选择物质不与被测物质相接触而测温的辐射式温度计。 如单色辐射高温计、光学高温计和比色高温计等5、在温度检测系统中，感受温度变化的元件称为感温元件；6、将温度转换成电量（如电压、电阻等）输出的仪表称为温度传感器。 习惯上，按测温范围不同，将600以上的测温仪表称为高温计；
5、把测量600以下的测温仪表称为温度计。7、根据感温元件与被测物质是否接触，将温度检测仪表分为接触式和非接触式两大类。热平衡：温度是描述热平衡系统冷热程度的物理量A、接触式测温 温度敏感元件与被测对象相接触，使其进行充分的热交换，当热交换平衡时，温度敏感元件与被测对象的温度相等测温传感器的输出大小即反映了被测温度的高低。1）常用的接触式测温仪表有将温度转化为非电量的热膨胀式；将温度转化为电量的热电偶、热电阻和热敏电阻等。2）接触式测温传感器的优点：是结构简单、工作可靠、测量精度高、稳定性好、价格低；3）、缺点：（1）、由于敏感元件必须与被测对象接触，在接触过程中就可能破坏被测对象的温度场分布，从
6、而造成测量误差（2）、有的测温元件不能和被测对象充分接触，不能达到充分的热平衡，使测温元件和被测对象温度不一致，也会带来误差。(3)、在接触过程中，介质腐蚀性，高温对测温元件的影响，影响测温元件的可靠性和工作寿命。 B、非接触测温温度敏感元件不与被测对象接触，而是通过辐射能量进行热交换，由辐射能的大小来推算被测物体的温度。被测物体热辐射而发出红外线，从而测量物体的温度，可进行遥测1）常用的非接触式测温仪表： (1) 辐射式温度计：基于普朗克定理光电高温计，辐射温度计，比色温度计。(2) 光纤式温度计：光纤的温度特性、传光介质。光纤温度传感器，光纤辐射温度计。2）优点：不从被测物体上吸收热量；不
7、会干扰被测对象的温度场；连续测量不会产生消耗；反应快等。3）、缺点：精度一般不高。8、温度传感器的主要发展方向1）超高温与超低温传感器，如+3000以上和250以下的温度传感器。 2）提高温度传感器的精度和可靠性。3）研制家用电器、汽车及农畜业所需要的价廉的温度传感器。 4）发展新型产品，扩展和完善管缆热电偶与热敏电阻；发展薄膜热电偶；研究节省镍材和贵金属以及厚膜铂的热电阻；研制系列晶体管测温元件、快速高灵敏CA型热电偶以及各类非接触式温度传感器。5）发展适应特殊测温要求的温度传感器。6）发展数字化、集成化和自动化的温度传感器。 物理现象体积热膨胀电阻变化温差电现象导磁率变化电容变化压电效应超
8、声波传播速度变化物质 颜色PN结电动势晶体管特性变1超高温与超低温传感器，如+3000以上和250以下的温度传感器。 2提高温度传感器的精度和可靠性。 3研制家用电器、汽车及农畜业所需要的价廉的温度传感器。 4发展新型产品，扩展和完善管缆热电偶与热敏电阻；发展薄膜热电偶；研究节省镍材和贵金属以及厚膜铂的热电阻；研制系列晶体管测温元件、快速高灵敏CA型热电偶以及各类非接触式温度传感器。 5发展适应特殊测温要求的温度传感器。 6发展数字化、集成化和自动化的温度传感器。 化可控硅动作特性变化热、光辐射种类铂测温电阻、热敏电阻热电偶BaSrTiO3陶瓷石英晶体振动器超声波温度计示温涂料 液晶半导体二极
9、管晶体管半导体集成电路温度传感器可控硅辐射温度传感器 光学高温计1.气体温度计 2. 玻璃制水银温度计3.玻璃制有机液体温度计 4.双金属温度计5.液体压力温度计 6. 气体压力温度计1 热铁氧体 2 Fe-Ni-Cu合金电阻式温度传感器电阻式温度传感器一、热电阻效应1、热电阻效应导体或半导体材料的电阻值随温度的变化而变化的现象热电阻温度传感器是利用导体或半导体的电阻率随温度的变化而变化的原理制成的，实现了将温度的变化转化为元件电阻的变化。2、热电阻分类：1）、热电阻：感温元件制成的金属热电阻：绝大多数金属具有正的电阻温度系数，温度越高，电阻越大，简称热电阻。2）、热敏电阻：半导体材料制成的感
10、温元件：利用某种半导体材料的电阻率随温度变化而变化的性质制成，简称热敏电阻。3）.测温范围 低温：15K；高温：10001300 二、测温热电阻材料必须满足：u 1）电阻温度系数大u 电阻系数：温度变化1 0C时电阻值的相对变化量u 2）在测温范围内物理及化学性质稳定。u 3）有较大的电阻率。（电阻体积小）。u 4）线性度好。u 5）复现性好，u 6）价格便宜。u 5）、热电阻测温的优点是信号灵敏度高、易于连续测量、可以远传、无需参比温度；金属热电阻稳定性高、互换性好、准确度高，可以用作基准仪表。u 热电阻主要缺点是需要电源激励、有（会影响测量精度）自热现象以及测量温度不能太高三、热电阻的结构
11、:热电阻主要由电阻体、绝缘套管和接线盒等组成。电阻体由电阻丝、引出线、骨架等组成。1、电阻温度系数电阻温度系数（temperature coefficient of resistance 简称TCR）表示电阻当温度改变1度时，电阻值的相对变化，单位为ppm/（即10E（-6）/）。定义式如下： TCR=dR/R.dT 实际应用时，通常采用平均电阻温度系数，定义式如下： TCR（平均）=(R2-R1)/R1（T2-T1）2、在各类工业测温的场合中，热电阻是中低温区最常用的一种温度传感器: 铂热电阻的测温的范围：一般为零下200-800摄氏度。 铜热电阻的测温的范围：一般为零下40到140摄氏度。
12、其中的铂热电阻以其精度高、性能稳定、互换性好、耐腐蚀及使用方便等优点，成为工业测控系统中广泛使用的一种温度传感器。四：铂热电阻1、特点：稳定性好、准确度高、性能可靠。2、原因：铂在氧化气体、甚至高温下物理、化学性质非常稳定,铂电阻的输出 输入特性接近线性，且测量精度高，所以它能用作工业测温元件和作为温度标准。按国际温标IPTS-68规定，在-259.34630.73温域内，以铂电阻温度计作基准器。3、测温范围：-200850 0C4、应用：广泛应用于工业和实验室中，标准温度计，高精度工业测温，高低温测试 注意：铂在还原性气体尤其在高温还原性气体中，容易被污染，导致铂丝变脆，并改变电阻与温度间的
13、关系。因此必须用保护套管把电阻体与有害气体隔离。5、构成：金属铂丝(0.02-0.07mm)绕制成线圈特点：(1) 在高温和氧化介质中性能极为稳定，易于提纯，工艺性好。不能用于还原介质。 (2) 输入输出特性接近线性 (3) 测量精度高：0: 1、0-100: 0.5、 100-650: 0.5% (4) 贵重金属，成本较高6、铂热电阻的特性方程为： 在-2000的温度范围内 Rt=R01+At+Bt2+Ct3(t-100) 在0850的温度范围内 Rt = R0(1+At+Bt2) 在ITS90 中，这些常数规定为 A=3.908310-13/ B=-5.77510-7/2 C=-4.183
14、10-12/4 R0：0时的温度 热电阻在温度t时的电阻值与0时的电阻值R0有关。目前我国规定工业用铂热电阻有R0=10和R0=100两种，它们的分度号分别为Pt10和Pt100，其中以Pt100为常用。铂热电阻不同分度号亦有相应分度表，即Rt-t的关系表，这样在实际测量中，只要测得热电阻的阻值Rt，便可从分度表上查出对应的温度值五、铜热电阻1、构成：金属铜丝(0.02-0.07mm)绕制成线圈2、特点：(1) 在-50-150范围内性能稳定，线性好 (2) 成本低 (3) 电阻率低（为铂电阻的1/6），体积较大 (Cu50, Cu100) (4) 高温易被氧化，易被腐蚀 (5) 测量精度低于铂电阻： -50-50: 0.5、50-150: 1%3、应用：小范围，较低温度，测量精度要求低，没有浸蚀性介质，代替 铂 铜热电阻在测量范围内其电阻值与温度的关系几乎是线性的，可近似地表示为Rt=R0（1+t）=4.2810-3/ 两种分度号：Cu50(R0=50)和Cu100（R0=1004、铜热电阻是通过金属在温度变化时本身电阻
