《材料工程计算机测控温度传感器及仪表》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料工程计算机测控温度传感器及仪表（83页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、教学大纲 1 绪论 2学时 介绍本课程性质 地位 主要内容以及本课程的学习方法 教学目标 考试要求等 2 常用测控参数与传感器 6学时 温度测量方法 测温与温标 膨胀式温度计 热电偶 热敏电阻测温元件 辐射温度计 PN节测温元件等的原理特点及应用 测试仪表 动圈式仪表 数字式测温仪表的原理及应用 热电偶使用方法及炉膛温度场测量教学实验设计 压力 流量 真空 气体成分等测量以及位移 速度等参量的测试传感器及原理 1 教学大纲 3 材料加工测控参数的计算机测量 12学时 计算机测量系统的组成与工业控制计算机 输入输出技术 模拟量输入输出通道 数字量输入输出通道 数字滤波和数据处理 抗干扰技术 工业
2、计算机接口技术等 基于IPC的温度测量系统 多通道炉膛温度计算机实时检测系统实验设计 2 教学大纲 4 材料加工测控参数的计算机控制 12学时 自动控制系统的基本概念 工业计算机常规控制技术 数字PID控制算法 数字PID控制算法的改进 数字PID控制器的工程实现 数字PID控制参数的整定 执行器 如电磁阀 可控硅等的基本原理及应用 基于IPC的温度测量与控制系统实现技术 多功能计算机检测与控制系统实验设计 3 教学大纲 1 绪论 2学时 介绍本课程性质 地位 主要内容以及本课程的学习方法 教学目标 考试要求等 2 常用测控参数与传感器 6学时 掌握温度测量方法 测温与温标 膨胀式温度计 热电
3、偶 热敏电阻测温元件 辐射温度计 PN节测温元件等的原理特点及应用 掌握测试仪表 动圈式仪表 数字式测温仪表的原理及应用 进行热电偶使用方法及炉膛温度场测量教学实验设计 掌握压力 流量 真空 气体成分等测量以及位移 速度等参量的测试传感器及原理 重点支持毕业要求指标点12 2 1 33 材料加工测控参数的计算机测量 12学时 掌握计算机测量系统的组成与工业控制计算机 工业计算机输入输出技术 模拟量输出通道 模拟量输入通道 数字量输入输出通道 数字滤波和数据处理 抗干扰技术 工业计算机接口技术等 掌握基于IPC的温度测量系统 进行多通道炉膛温度计算机实时检测系统实验设计 重点支持毕业要求指标点1
4、2 2 1 3 3 24 材料加工测控参数的计算机控制 12学时 掌握自动控制系统的基本概念 工业计算机常规控制技术 数字PID控制算法 数字PID控制算法的改进 数字PID控制器的工程实现 数字PID控制参数的整定 以及执行器 如电磁阀 可控硅等的基本原理及应用 掌握基于IPC的温度测量与控制系统实现技术 进行多功能计算机检测与控制系统实验设计 4 材料成型设备控制基础 刘立君电气控制及PLCPID控制焊接 铸造计算机控制冲压与塑性成型控制 5 材料工程计算机测控 王振清参数测试与传感器参数测试计算机配置参数计算机控制顺序控制串行通信与局域网 参考教材 6 7 8 9 10 授课目标1 单片
5、机C语言 2 单片机基本结构 3 单片机控制电路设计 4 单片机程序设计 5 单片机系统调试 6 单片机应用系统设计 开发 调试 项目1 广告灯的分析与制作项目2 数字时钟控制器的分析与设计项目3 智能寻迹小车的设计与制作项目4 网络温度测量控制系统的设计 如何看待MOOC 我觉得慕课作为一种课堂的记录能够很好的帮助我们来复习巩固但是我认为完全没必要当作任务去完成而当作是一个平台来解决学习中遇到的问题在这里可以很方便的蹭到各大名校的黄金课程 并且学习时间很灵活 可以好好利用这种资源 多学点东西 课程对我来说很合适 希望老师继续为我们做视频 做更好的视频 成就更好的学生 11 本来就是门选修课
6、还搞这么重的学习任务 耽误我考研的复习时间 第二讲材料参数测试与传感器 温度测量 材料工程计算机测控 传感器的作用及分类温度定义与意义传感方式及温标测温元件及仪表膨胀法热电偶热敏电阻辐射计PN结 温度信号的测试传感 1传 感 器一词出自人的 感 觉定义 视觉 观感 味觉 口感 嗅觉 鼻感 触觉 皮感 听觉 耳感 五官 传感器定义 senser A 传感器是将被测的物理 化学 生物等信息按一定的规律转换成某种可用的输出信息的器件 电 五官 B 传感器是从一个系统接收功率 再以另一种形式将功率送到第二个系统中的器件 吸收 转换 传送能量的器件 一 传感器的作用及分类 3传感器的作用 2 变换作用
7、将非电量变换成电量 传感器是控制系统中的第一个环节 它具有两个作用 1 敏感作用 感受物理量的变化 以完成对被测信号的拾取 对应这两个作用 传感器一般由两部分组成 即敏感元件与变换元件 二者有时很容易分开 有时合二为一 传感器随物理量及变换原理的不同而不同 一 传感器的作用及分类 4传感器的分类 按输出信号是模拟量还是数字量 可分成模拟传感器与数字传感器 I t V t 数字量 频率量 按变换原理 可分为参量型与发电型 参量型 被测量使传感器本身的电参量R L C改变 这种传感器工作时必须有外加电源 通常将其接入电桥 谐振电路等信号调节器中 再变换成电压或电流量 发电型 被测量使传感器产生电动
8、势 电流 电荷 可直接接入放大器或记录仪器 一般不需外加电源 如热电偶 压电传感器等 但由于能量有限 通常还要接放大器 发电型 参量型 传感器作用及分类 5传感器工作原理与标定 任何一种传感器其工作原理都是基于某一种物理现象或化学现象 这种现象抽象成若干个物理量 其中有一个电量 按一定规律相互影响 可用一个数学公式来表示 建立一个数学模型 即 通常为电量的y f x1 x2 xn 通常为非电量 如 R L A就描述了四个物理量间的关系 如果我们能够让被测量影响某一个参数 而通过另一个电参数的变化来反映被测量的大小 那么一个传感器就制造出来了 所以一种传感器的设计 研制都要基于某种物理效应 在此
9、基础上再设计出敏感部分的结构以及变换部分的结构 传感器作用及分类 传感器在使用之前一般要进行标定 即确定输入与输出的关系 通常由于制作误差和原理的理想化 使输入输出不能严格满足理想的物理公式 所以 只有给定已知输入 确定输入 输出二者间关系后才能使用 传感器作用及分类 5传感器的标定 y kx 意义 是一个表征物体冷 热程度的物理量 它反映分子热运动平均动能的大小 锻 铸 焊等工艺均是在特定温度下进行 热处理中的相变对应着精确的温度变化 电镀槽液 塑料成型及现代加工工程等都涉及严格的温度要求 温度是材料加工过程中最重要的工艺参数 也是七个基本物理量之一 二温度定义与意义 定义 材料加工中 三
10、传感方式与温标 3 1温度传感方式及原理3 2温标的定义3 3各种不同温标的表示方法 3 1温度传感方式及原理 为了给温度以定量描述 并保证测量结果的精确性和一致性 需要建立一个科学的 严格的 统一的标尺 简称 温标 作为一个温标 应包含三条基本内容 具有可重现的固定温度点 具有固定点温度上的标准温度计 具有确定相邻固定温度点间的内插公式 目前使用的主要温标有摄氏温标 华氏温标 热力学温标及国际温标 分别定义如下 3 2温标的定义 1 华氏温标Fahrenheit规定一种氯化铵和冰水混合的温度为零度 把冰的熔点规定为32度 水的沸点为212度 两点之间为180等分 每份为1度 记为1 摄氏温度
11、与华氏温度之间的换算关系为 9 5 32 1 1 例如摄氏20 相当于68 3 3各种温标表示方法 2 摄氏温标 A Celsiua 分度方法是规定标准大气压下 水的冰点是零度 水的沸点是100度 选用测温物质是水银 Hg 认为它的体膨胀随温度变化是线性的 把从水的冰点到沸点之间水银体膨胀值分成100等份 每份为1度 即摄氏1度 记1 3 3各种温标表示方法 3 热力学温标由气体压力定律 查理定律 知 P P0 1 C 1 2 1 273 15 气体压力系数 当C 273 15 时 P 0Pa 这是一种极限情况 开尔文创立了把 273 15 作为零度的温标 叫做热力学温标 绝对温标 而分度法与
12、摄氏分度法相同 以K表示 即摄氏0 时为273 15K 绝对温度与摄氏温度的关系为T T0 C 273 15 C K 1 3 绝对零度是低温极限 能无限接近 但不能达到 3 3各种温标表示方法 4 国际实用温标为了复现热力学温标 且有利于国际上量值的传递 通过国际协议 制定了国际实用温标 它是利用气体温度计测出一系列化学纯物质的相平衡点温度 在这些固定点之间用规定传递仪器 例如铂电阻或铂铑热电偶 和内插公式分度温度值 1968年制定的称为 国际实用温标IPTS 1968 标记为 K 国际实用温标是协议性温标 由于科学技术的不断发展 这个温标的数值不断向热力学温标靠近 每过若干年将对其修正一次
13、1990年将改为ITS 90 3 3各种温标表示方法 四 测温元件及仪表 4 1膨胀式温度计 液体膨胀式 玻璃棒式水银 酒精 温度计 体温计 35 42 0 1 工业用水银温度计 0 200 1 2 固体膨胀式 双金属式 双金属螺旋管 一端固定 一端为自由端 与指针相连 膨胀系数不同 温度变化时其曲率发生变化 从而带动指针转动 抗震性好 读数方便 但精度不高 600 4 1膨胀式温度计 3 气体膨胀式 压力式温度计 由压力表结构显示指示 由温包 毛细导管 弹簧管构成密封系统 内充以气体 温包受热 内气压增加 弹簧管体积增大变形 自由端产生位移 带动指针转动 用于小型锅炉上 五热电偶 工作原理
14、两种金属导体接成闭合回路 如果两端所处温度不同 其中会产生热电势 回路中有电流流过 赛贝克效应 物理本质 接触电势和温差电势 4 2热电偶 产生热电势的条件 1 A B2 T T0 实用热电偶 性价比 发电型传感器 4 2热电偶 工业常用热电偶 热电势大 容易加工制备 重复性好等 毫伏 温度对照表冷端 0 热电势值E T 0 发电型传感器 4 2热电偶 热电偶分度表 发电型传感器 4 2热电偶 装配式热电偶 镍铬 铜镍热电偶 高温贵金属热电偶 微细铠装热电偶 压簧固定热电偶 手柄式铠装热电偶 所以 当两种材料A B组成一个闭合回路时 设 0时 回路中总电势为 结论 1 如热电偶两电极相同 则无
15、论两接点温度如何 总热电势 02 如两接触点的温度相同 尽管A B材料不同 回路的总电势 03 热电偶的电势只与材料和接点温度有关 与电极的形状和尺寸无关4 两个电极选定后 热电势是两接点温度的函数 式中 AB为热电偶灵敏度 发电型传感器 4 2热电偶 中间导体定律 在由A B两种导体组成的热电偶回路中 将冷端断开 接入第三种或更多种导体 只要保证接入端的温度相同 则回路总电势不变 可用于对液体或固体金属表面温度的测量 发电型传感器 3 热电偶基本定理 均匀电路定律 由单一的金属构成的回路中不存在热电势 4 2热电偶 中间温度定理 一般热电偶的分度表 输出特性 是在冷端为0 时给出的 若测量时
16、冷端不为0 则可据此修正 发电型传感器 4 2热电偶 热电偶相配定理 有时热电偶的两个极A B的分度表不知 但知道AC BC的分度表 据此则可获得A B的分度表 发电型传感器 2 1 4 2热电偶 4 热电偶传感器及其应用 热电偶是一种发电型传感器 其输出信号可直接接入记录仪器 利用热电偶还可测量两点温差及温度场中多点的平均温度 在实际使用时 还可利用不同被测对象构成热电偶 如测磨削温度 可用车刀与零件构成一对热电偶 有关方面知识还可参考其它专著 发电型传感器 4 2热电偶 六热电阻 电阻温度计是根据金属导体或半导体的电阻随温度变化之一性质做成的 它广泛应用于中 低温范围 500 以下 的温度测量 一般金属当温度升高时电阻增加 而半导体当温度升高时 电阻反而减小 而且比金属灵敏的多 铂电阻 0 630 190 0 铜电阻 50 180 4 3热敏电阻 型号 FMS2105 Pt100品牌 德国UST温度测量范围 200 1000 精度 1 10dinro值有pt100 pt500 pt1000 pt2000这种传感器可以是2线 3线 4线连接在400 使用温度以内使用银 钯合金线 在更
