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温度传感器
项目三
温度传感器在实际生活中的应用
目录
1、温度传感器定义······3
2、温度传感器介绍······4
3、温度传感器的分类·····5
4、电热水器温度控制原理···8
5、原理图··········9
6、电热水器工作过程·····10
7、元件选择·········12
8、总结···········13
温度传感器的定义
温度传感器(temperaturetransducer)是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。
温度传感器是温度测量仪表的核心部分,品种繁多。
按测量方式可分为接触式和非接触式两大类,按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。
介绍
温度传感器从17世纪初人们开始利用温度进行测量。
在半导体技术的支持下,本世纪相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。
与之相应,根据波与物质的相互作用规律,相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。
分类
接触式
接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触,又称温度计。
温度计通过传导或对流达到热平衡,从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。
一般测量精度较高。
在一定的测温范围内,温度计也可测量物体内部的温度分布。
但对于运动体、小目标或热容量很小的对象则会产生较大的测量误差,常用的温度计有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差电偶等。
它们广泛应用于工业、农业、商业等部门。
在日常生活中人们也常常使用这些温度计。
随着低温技术在国防工程、空间技术、冶金、电子、食品、医药和石油化工等部门的广泛应用和超导技术的研究,测量120K以下温度的低温温度计得到了发展,如低温气体温度计、蒸汽压温度计、声学温度计、顺磁盐温度计、量子温度计、低温热电阻和低温温差电偶等。
低温温度计要求感温元件体积小、准确度高、复现性和稳定性好。
利用多孔高硅氧玻璃渗碳烧结而成的渗碳玻璃热电阻就是低温温度计的一种感温元件,可用于测量1.6~300K范围内的温度。
非接触式
它的敏感元件与被测对象互不接触,又称非接触式测温仪表。
这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速(瞬变)对象的表面温度,也可用于测量温度场的温度分布。
最常用的非接触式测温仪表基于黑体辐射的基本定律,称为辐射测温仪表。
辐射测温法包括亮度法(见光学高温计)、辐射法(见辐射高温计)和比色法(见比色温度计)。
各类辐射测温方法只能测出对应的光度温度、辐射温度或比色温度。
只有对黑体(吸收全部辐射并不反射光的物体)所测温度才是真实温度。
如欲测定物体的真实温度,则必须进行材料表面发射率的修正。
而材料表面发射率不仅取决于温度和波长,而且还与表面状态、涂膜和微观组织等有关,因此很难精确测量。
在自动化生产中往往需要利用辐射测温法来测量或控制某些物体的表面温度,如冶金中的钢带轧制温度、轧辊温度、锻件温度和各种熔融金属在冶炼炉或坩埚中的温度。
在这些具体情况下,物体表面发射率的测量是相当困难的。
对于固体表面温度自动测量和控制,可以采用附加的反射镜使与被测表面一起组成黑体空腔。
附加辐射的影响能提高被测表面的有效辐射和有效发射系数。
利用有效发射系数通过仪表对实测温度进行相应的修正,最终可得到被测表面的真实温度。
最为典型的附加反射镜是半球反射镜。
球中心附近被测表面的漫射辐射能受半球镜反射回到表面而形成附加辐射,从而提高有效发射系数式中ε为材料表面发射率,ρ为反射镜的反射率。
至于气体和液体介质真实温度的辐射测量,则可以用插入耐热材料管至一定深度以形成黑体空腔的方法。
通过计算求出与介质达到热平衡后的圆筒空腔的有效发射系数。
在自动测量和控制中就可以用此值对所测腔底温度(即介质温度)进行修正而得到介质的真实温度。
电热水器温度控制器
电路工作原理
该电热水器温度控制器电路由电源电路、漏电保护电路、温度控制电路、水位指示与防干烧电路组成
原理图如下:
A)电源电路由电源变压器T、整流桥堆UR、滤波电容器Cl、C2和三端稳压集成电路ICl组成。
B)漏电保护电路由电流互感器TA、双时基集成电路IC2(lC2a、IC2b)内部的一个时基屯路和有关外围元件组成。
C)温度控制电路由双时基集成电路lC2内部的另一个时基电路、热敏电阻器RT、晶体管V、继电器K、电位器RP和有关外围元器件组成。
EH为电加热器;VL1为工作状态指示发光二极管,VL6为电加热器工作指示发光二极管。
工作过程
接通电源开关Sl后,交流220V电压经过T降压、UR整流、Cl滤波及ICl稳压后,在C2两端产生+l2V电压(Vcc),作为漏电保护、温度控制、水位指示及防干烧电路的工作电源。
在水箱内温度低于40℃(设定水温的下限温度)时,lC2的8脚电压低于Vcc/3,3脚输出高电平,使晶体管V导通,继电器K吸合,其常开触头接通,电加热器EH通电工作,VL6发光。
当水温加热至45℃(设定水温的上限温度)时,IC2的9脚变为低电平,使V截止,K释放,EH停止加热,V历熄灭。
当水温下降直至低于40℃时,EH又开始工作,VL6发光,如此循环,水箱内温度恒定在40-45℃之间。
在电加热器EH正常工作时,流过电流互感器TA的Wl、W2绕组的工作电流较稳定,W3绕组上的感应电压为0,IC2的6脚电压大于Vcc/3,2脚电压低于2Vcc/3,5脚输出高电平,发光二极管VLl点亮,表明EH正常工作,无漏电现象。
当EH出现漏电时,会导致流过TA的Wl、W2绕组中的工作电流突然增大,在W3绕组上将产生感应电压,使IC2的2脚变为高电平,5脚变为低电平,VLl熄灭,指示EH存在漏电。
同时二极管VD2导通,使lC2的10脚变为低电平,9脚输出低电平,使V截止,K释放,将EH的工作电源切断,实现了漏电保护。
S2为漏电保护测试按钮,按下该按钮时,电阻器Rl接人电路中,使TA的Wl、W2绕组中产生短路电流,W3绕组产生感应电压,IC2的2脚变为高电平,5脚由高电平变为低电平,VL由点亮状态变为熄灭,说明该漏电保护电路能起到漏电保护作用。
水位指示电路与防干烧电路由水位检测电极A-E、电阻器R9、Rl2-Rl9、发光二极管VL2-VL5和模拟电子开关集成电路IC3组成。
IC3的4个控制端(5脚、6脚、12脚和13脚)分别与水位检测电极A-D相连。
当水箱加水时,水位上升至电极D处时,主电极E(为接地端,与+Vcc相连)通过水的电阻与D电极相接,使IC3的13脚为高电平,该脚内接的模拟电子开关接通,使IC3的1脚变为高电平,低水位指示发光二极管VL2点亮,同时IC2的10脚变为高电平,温度控制电路控制EH工作(水位低于电极D时,EH不工作,防止EH因干烧而损坏)。
水位继续上升至电极C、B、A时,IC3的12脚、6脚和5脚也相继变为高电平,水位指示发光二极管VL3、VL4和VL5也被相继点亮。
元器件选择
Rl选用lW线绕电阻器;R3-Rl9选用1/4W或l/8W碳膜电阻器;R2选用可变电阻器(或调试完毕后换成固定电阻器)。
RT选用负温度系数热敏电阻器(用胶带粘在水箱的外表面),在室温下其阻值应为15kΩ左右。
RP选用可变电阻器或电位器(要随时调节水温,应选用电位器;要固定水温,可选用可变电阻器)。
Cl选用耐压值为25V的铝电解电容器;C2、C5和C6均选用耐压值为16V的铝电解电容器;C3和C4选用涤纶电容器或独石电容器。
VDl和VD2均选用lN4148型硅开关二极管。
VLl-V历均选用φ5mm的高亮度发光二极管。
UR选用lA、5OV的整流桥堆。
V选用C8050或2N5551型硅NPN晶体管。
ICl选用LM7812型三端集成稳压器;IC2选用NE556型双时基集成电路;IC3选用CD4066型模拟电子开关集成电路。
T选用3-5W、二次电压为I5V的电源变压器。
TA采用"E"型铁心或磁心自制:
Wl、W2绕组均用φlmm的漆包线绕2或3匝,W3绕组用dO·Ogmm的漆包线乱绕2000匝左右。
可将Wl和W2绕组绕在外层,以便于散热。
电极A-E用φ3-φ4mm的铜(或不锈钢)螺钉代替。
电路调试
电路元器件及水位检测电极、电加热器等安装完毕后,应对控制器进行调试。
先将电阻器R2调至最大值(lOkΩ),然后接通电源开关Sl,按住测试按钮S2,发光二极管VLl应点亮(若VLl不发光,则应增大电阻器R4的阻值)。
将R2的阻值慢慢调小,直到VL1熄灭。
若松开S2后VLl发光,按一下S2时VLl又熄灭,则说明漏电保护控制电路工作正常。
再将RP的阻值调至最大值,然后往水箱内加水,随着水位的不断上升,发光二极管VL2-VL5应逐个发光,当VL2发光时,继电器K应闭合,EH通电工作,VL6发光。
若水位达到低水位电极D处时VM仍不发光,则应在RT与RP之间串接一只1-5kΩ的电阻器,使VL6发光。
当水位升到需要的温度时,调整RP的阻值,使继电器K释放,RL断电,VL6熄灭。
总结
通过这次实验,首先是对以前数电模电的知识有一定的复习和巩固,明白了这些生活中用到的物品的工作原理,也让我认识到学习上的很多不足与漏洞。
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- 关 键 词:
- 温度传感器