昆明冶金高等专科学校《自动检测技术》第08章.ppt
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自动检测技术自动检测技术清华大学出版社出版清华大学出版社出版主编:
刘小波主编:
刘小波第第8章章热电式传感器热电式传感器u热电式传感器的结构组成和类型热电式传感器的结构组成和类型u热电式传感器的工作原理热电式传感器的工作原理u热电偶的冷端补偿方法热电偶的冷端补偿方法u热电式传感器的应用电路热电式传感器的应用电路u热电式传感器的应用实例热电式传感器的应用实例本章要点本章要点任务一任务一任务一任务一工业锅炉蒸汽温度检测工业锅炉蒸汽温度检测工业锅炉蒸汽温度检测工业锅炉蒸汽温度检测在在工工业业生生产产中中,各各种种反反应应釜釜、液液体体和和气气体体管管道道都都要要进进行行温温度度的的检检测测与与控控制制。
锅锅炉炉是是工工业业生生产产过过程程中中必必不不可可少少的的重重要要动动力力设设备备,它它通通过过煤煤、油油、天天然然气气的的燃燃烧烧释释放放出出化化学学能能,通通过过传传热热过过程程把把能能量量传传递递给给水水,使使水水变变成成水水蒸气。
蒸气。
工工业业锅锅炉炉的的产产品品是是蒸蒸汽汽,蒸蒸汽汽温温度度是是生生产产工工艺艺确确定定的的重重要要参参数数,其其温温度度范范围围一一般般在在385400之之间间,蒸蒸汽汽温温度度过过高高会会毁毁坏坏过过热热器器水水管管,对对负负荷荷设设备备带带来来不不利利因因素素,过低会影响产品质量。
过低会影响产品质量。
有有效效地地控控制制锅锅炉炉各各测测控控点点的的温温度度,直直接接影影响响蒸蒸汽汽的的质质量量和和生生产产成成本本,对对温温度度进进行行精精确确的的测测量量是是控控制制的的前前提提,根根据据工工业业锅锅炉炉蒸蒸汽汽温温度度的的温温度度范范围围,采采用用具具有有良良好好线线性性和和稳稳定定性性的的Pt100热热电电阻阻传传感感器器(不不锈锈钢钢套套管管)进进行行蒸蒸汽温度检测。
汽温度检测。
金金属属热热电电阻阻式式温温度度传传感感器器是是利利用用导导体体的的电电阻阻值值随随温温度变化而变化的原理来实现温度测量的。
度变化而变化的原理来实现温度测量的。
热热电电阻阻主主要要用用于于工工业业测测温温,它它具具有有灵灵敏敏度度高高,稳稳定定性性、互互换换性性好好,精精度度高高的的特特点点。
适适用用于于测测低低温温,便便于于远远距距离离、多多点点、集集中中测测量量和和自自动动控控制制,而而且且测测量量电电路路也也比比较简单。
较简单。
8.1热电阻传感器热电阻传感器热热电电阻阻是是利利用用金金属属导导体体的的电电阻阻值值随随温温度度升升高高而而增增大大这这一一特特性性来来测测量量温温度度的的。
热热电电阻阻主主要要用用于于对对温温度度和和温温度度有有关关的的参参数数进进行行检检测测。
工工业业上上常常用用于中、低温度于中、低温度(-200650)范围的温度测量范围的温度测量。
8.1.1热电阻的结构和外形热电阻的结构和外形1.热电阻的外形热电阻的外形2.热电阻的结构形式热电阻的结构形式由电阻体、保护管、接线盒等组成。
由电阻体、保护管、接线盒等组成。
8.1.2热电阻的类型及性能热电阻的类型及性能1.热电阻材料的性能要求热电阻材料的性能要求在测温范围内,材料的物理、化学性能稳定;在测温范围内,材料的物理、化学性能稳定;电电阻阻温温度度系系数数要要大大。
越越大大,灵灵敏敏度度越越高高。
纯纯金金属的属的比合金要高,所以一般采用纯金属作为热电阻;比合金要高,所以一般采用纯金属作为热电阻;在在测测温温范范围围内内,保保持持常常数数,便便于于实实现现电电阻阻值值变变化化与温度变化的线性特性;与温度变化的线性特性;电电阻阻率率要要大大。
在在相相同同灵灵敏敏度度下下,越越大大,热热电电阻阻体积越小,热惯性越小,反应速度越快;体积越小,热惯性越小,反应速度越快;材料价格便宜,容易加工材料价格便宜,容易加工2.常用热电阻的主要性能常用热电阻的主要性能
(1)铂热电阻铂热电阻(a)Pt100热电阻热电阻(b)装配式铂热电阻装配式铂热电阻
(2)铜热电阻铜热电阻铜铜热热电电阻阻的的温温度度系系数数比比铂铂大大,价价格格低低,易易于于提提纯纯,但但存存在在电电阻阻率率小小,机机械械强强度度差差等等弱弱点点。
在在测测量量精精度度要要求求不不是是很很高高,测测量量范范围围在在-50150的的情情况况下下,通通常常采采用用铜铜热电阻热电阻。
分度号分度号GCu50Cu100R0/5350100R100/R01.4250.0011.4250.002精度等精度等级IIIIIR0允允许误差差/%0.10.1最大允最大允许误差差/%(0.33.510-3t)(0.36.010-3t)铜热电阻的技术特性铜热电阻的技术特性(3)其他热电阻其他热电阻铟铟电电阻阻。
用用99.999%高高纯纯度度的的铟铟丝丝绕绕成成电电阻阻,可可在在室温至室温至4.2K温度范围内使用。
温度范围内使用。
锰锰电电阻阻。
锰锰电电阻阻也也是是低低温温热热电电阻阻,在在263K温温度度范范围围内内,电电阻阻随随温温度度变变化化大大,灵灵敏敏度度高高。
缺缺点点是是材材料料脆脆,难难拉成丝。
拉成丝。
碳碳电电阻阻。
适适用用于于液液氦氦温温域域的的温温度度测测量量,在在1.630K之之间间灵灵敏敏度度高高,对对磁磁场场不不敏敏感感,稳稳定定性性好好,热热容容小小,复复现现性好,价廉。
性好,价廉。
8.1.3热电阻传感器的工作原理热电阻传感器的工作原理及测量电路及测量电路1.热电阻的工作原理热电阻的工作原理大大多多数数金金属属导导体体的的电电阻阻率率随随温温度度升升高高而而增增大大,具具有有正正的的温温度度系系数数,这这就就是是热热电电阻阻测测温温的的基基础础。
当当温温度度升升高高时时,金金属属内内部部原原子子晶晶格格的的振振动动加加剧剧,从从而而使使金金属属内内部部的的自自由由电电子通过金属导体时的阻力增大,表现为电阻值增大。
子通过金属导体时的阻力增大,表现为电阻值增大。
测测温温时时,先先将将温温度度的的变变化化转转换换为为敏敏感感元元件件电电阻阻值值的的变变化化,由由于于阻阻值值变变化化很很小小,因因此此要要通通过过后后续续的的测测量量电电桥桥再再转转换换成成电电压压或或电电流流信信号号,然然后后由由这这些些参参数数的的变变化化来来检检测被测对象的温度变化。
测被测对象的温度变化。
2.热电阻的测量电路热电阻的测量电路测测量量时时先先把把切切换换开开关关S扳扳到到2的的位位置置,调调节节Rq使使仪仪表表指指示示为为零零,然然后后将将S扳扳到到3的的位位置置,调调节节RM使使仪仪表表指指示示到到满满度度,作作此此调调节节后后将将S扳扳到到1的的位位置置,便便可可以以进进行行温温度度测测量量了。
了。
当当电电阻阻和和电电桥桥配配合合使使用用时时,为为消消除除引引线线电电阻阻的的影影响响,提高测量精度,可采用以下两种连接方法。
提高测量精度,可采用以下两种连接方法。
(1)三线制连接三线制连接阻阻值值为为r1、r2的的导导线线分分别别接接在在相相邻邻的的两两臂臂内内,当当温温度度变变化化时时,只只要要它它们们的的长长度度和和电电阻阻的的温温度度系系数数相相等等,它它们们的的电电阻阻变变化化就就不不会会影影响响电电桥而产生误差。
桥而产生误差。
(2)四线制连接四线制连接这这种种引引线线方方式式不不仅仅消消除除连连接接线线电电阻阻的的影影响响,而而且且可可以以消消除除测测量量电电路路中中寄寄生生电电势势引引起起的的误误差差。
这这种种引引线线方方式式主主要要用于高精度温度测量,测量电路常配用双电桥或电位差计。
用于高精度温度测量,测量电路常配用双电桥或电位差计。
8.1.4热电阻式流量计热电阻式流量计利利用用热热电电阻阻上上的的热热量量消消耗耗和和介介质质流流速速的的关关系系还还可可以以测量流量、流速、风速测量流量、流速、风速。
热热电电阻阻探探头头Rt1放放置置在在气气体体流流路路中中央央位位置置,它它所所耗耗散散的的热热量量与与被被测测介介质质的的平平均均流流速速成成正正比比;另另一一个个热热电电阻阻Rt2放放置置在在不不受受流流动动气气体体干干扰扰的的平平静静室室内内,它它们们分分别别接接在在电电桥桥的的两两个个相相邻邻桥桥臂臂上上。
测测量量电电路路在在流流体体静静止止时时处处于于平平衡衡状状态态,桥桥路路输输出出为为零零。
当当气气体体流流动动时时,介介质质会会把把热热量量带带走走,从从而而使使Rt1和和Rt2的的散散热热情情况况不不一一样样,导导致致Rt1的的阻阻值值发发生生相相应应的的变变化化,使使电电桥桥失失去去平平衡衡,产产生生一一个个与与流流量量变变化化相相对对应应的的不不平平衡衡电电信信号号,并并通通过过检检流流计计P显显示示出出来来,检检流流计计的的刻刻度度值值如如果果做做成成和和气气体体流流量量相相应应的的数数值值,就就可可以以直直接从检流计上读出流量。
接从检流计上读出流量。
任务二任务二任务二任务二电动机的过热保护电动机的过热保护电动机的过热保护电动机的过热保护在在生生产产实实践践中中,中中小小型型电电机机以以及及其其他他电电气气设设备备,当当电电机机负负载载较较大大或或电电机机卡卡住住时时,流流过过线线圈圈的的电电流流会会快快速速增增加加,同同时时电电机机温温度度急急剧剧升升高高,常常常常会会出出现现过过热热烧烧毁毁电电机机现象。
现象。
电电动动机机通通常常使使用用热热继继电电器器作作过过载载保保护护,但但是是热热继继电电器器远远离离电电动动机机发发热热源源,不不能能准准确确地地反反映映电电动动机机内内部部温温升升,易易产产生生误误动动作作或或动动作作滞滞后后,有有时时电电动动机机已已经经烧烧坏坏,而而热热继继电器并不动作,同样会烧毁设备。
电器并不动作,同样会烧毁设备。
过过热热保保护护分分直直接接保保护护和和间间接接保保护护。
对对小小电电流流场场合合,可可把把热热敏敏电电阻阻直直接接串串接接在在负负载载中中,防防止止过过热热损损坏坏;对对大大电电流流场场合合,可可通通过过继继电电器器、晶晶体体管管电电路路等等保保护护。
不不论论哪哪种种情情况况,热热敏敏电电阻阻都都与与被被保保护护器器件件紧紧密密地地结结合合在在一一起起,充充分分进进行行热热量交换,一旦过热,起到保护作用。
量交换,一旦过热,起到保护作用。
热热敏敏电电阻阻的的特特点点是是电电阻阻随随温温度度变变化化而而显显著著变变化化,能能直直接接将将温温度度的的变变化化转转换换为为电电量量的的变变化化。
由由于于热热敏敏电电阻阻能能直直接接反反映映电电动动机机的的内内部部发发热热情情况况,因因此此,自自从从半半导导体体热热敏敏电电阻阻问问世世以以来来,人人们们就就逐逐渐渐地地将将它它用用于于电电机机保保护护上上。
热热敏敏电电阻阻通通常常被被置置于于线线圈圈的的附附近近,这这样样热热敏敏电电阻阻更更易易于于感受温度,使保护更加迅速有效。
感受温度,使保护更加迅速有效。
8.2热敏电阻热敏电阻热热敏敏电电阻阻是是利利用用半半导导体体材材料料的的电电阻阻率率随随温温度度变变化化而而变变化化的的性性质质制制成成的的一一种种敏敏感感元元件件。
其其测测温温范范围围为为-40350。
具具有有电电阻阻温温度度系系数数大大,灵灵敏敏度度高高,结结构构简简单单,体体积积小小,电电阻阻率率高高,热热惯性小的优点。
惯性小的优点。
8.2.1热敏电阻外形结构及符号热敏电阻外形结构及符号1.热敏电阻的外形热敏电阻的外形2.热敏电阻的结构及特点热敏电阻的结构及特点结构形式构形式工作温度工作温度特特点点圆片型片型150以下温度以下温度补偿适用于适用于对响响应时间要求不高要求不高的的场合合柱型柱型高温高温稳定性好,可靠性高定性好,可靠性高薄膜型薄膜型200以下以下一致性、互一致性、互换性好性好珠型珠型200以上以上体体积小,响小,响应快,精度高快,精度高不同形状的热敏电阻的特点不同形状的热敏电阻的特点8.2.2热敏电阻工作原理热敏电阻工作原理热热敏敏电电阻阻是是利利用用半半导导体体材材料料的的电电阻阻值值随随温温度度的的变变化化而而
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