1、传感器应用课程教学资源建设,建设院校：,主要参与企业：,重庆电子工程职业学院天津电子信息职业学院顺德职业技术学院重庆工业职业技术学院湖南铁道职业技术学院,中国四联仪器仪表集团有限公司西门子（中国）有限公司浙江求是科教设备有限公司美的制冷集团家用空调国内事业部重庆梅安森科技发展有限责任公司重庆嘉陵华光光电科技有限公司,学习情境内容,3,项目四 红外传感器理论知识拓展,4,学习情境1 电子温度计的制作,项目五 红外传感器温度检测仪的设计,5,利用热电偶传感器测量温度,利用液晶显示测量值,测量范围为0+100,分辨力为1,测量精度1RDl字,学习情境要求,学习情境1 电子温度计的制作,知识目标,能力
2、目标,素质目标,掌握热电偶传感器、热电阻传感器、红外线传感器的结构及工作特性,掌握利用热电偶传感器制作温度测量仪的基本原理及方法,培养耐心细致严谨扎实的工作作风及团结协作的合作精神,学习情境目标,学习情境1 电子温度计的制作,学习情境内容,学习情境1 电子温度计的制作,热电偶传感器,温度检测产品介绍,红外线辐射温度计,学习情境1 电子温度计的制作,红外线辐射温度计,激光用于瞄准,温度检测产品介绍,学习情境1 电子温度计的制作,一、热电偶工作原理,知识准备,热电偶温度计系统原理图,学习情境1 电子温度计的制作,一、热电偶工作原理,1热电效应将两种不同的导体或半导体两端相接组成闭合回路，回路中就会
3、产生一个热电动势，这种现象称为热电效应。,知识准备,学习情境1 电子温度计的制作,一、热电偶工作原理,2热电偶特点： 热电偶必须采用两种不同材料作为电极，否则无论导体截面如何、温度分布如何，回路中的总热电动势恒为零。 若热电偶两接点温度相同，尽管采用了两种不同的金属，回路总电动势恒为零。 热电偶回路总热电动势的大小只与材料和接点温度有关，与热电偶的尺寸、形状无关。,知识准备,学习情境1 电子温度计的制作,二、热电偶的基本定律,1中间导体定律在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种导体和原导体的两接点温度相同，则回路中总的热电动势不变。2中间温度定律热电偶在两接点温度t, to时的热电动势等于该
4、热电偶在接点温度为t, tn和tn, to时的热电动势的代数和。3参比电极定律4均质导体定律,知识准备,学习情境1 电子温度计的制作,三、热电偶的材料、结构及种类,1热电偶材料用做热电偶的材料应具备如下几方面的条件： 测量范围广。要求在规定的温度测量范围内具有较高的测量精确度、较大的热电动势，温度与热电动势的关系是单值函数。 性能稳定。要求在规定的温度测量范围内使用时热电性能稳定，有较好的均匀性和复现性。 化学性能好。要求在规定的温度测量范围内使用时有良好的化学稳定性、抗氧化或抗还原性能，不产生蒸发现象。分别有铂铑30-铂铑6、铂铑10-铂、镍铬一镍硅、镍铬一镍铜、镍铬一镍铝、铜一铜镍。,知识
5、准备,学习情境1 电子温度计的制作,三、热电偶的材料、结构及种类,2热电偶结构,1测量端；2热电极；3绝缘管； 4保护套管；5接线盒,普通工业热电偶结构,3热电偶种类(1) 标准型热电偶(2) 非标准型热电偶(3) 薄膜热电偶,知识准备,学习情境1 电子温度计的制作,四、热电偶的冷端补偿,1补偿导线法补偿导线由两种不同性质的廉价金属材料制成，在0150温度范围内与配接的热电偶具有相同的热电特性。补偿导线起到了延伸热电极的作用，达到了移动热电偶冷端位置的目的。,补偿导线在测温回路中的连接,A，B热电偶电极A、B补偿导线to热电偶原冷端温度to热电偶新冷端温度,知识准备,学习情境1 电子温度计的制
6、作,四、热电偶的冷端补偿,2补偿电桥法补偿电桥法是利用不平衡电桥产生的不平衡电势去补偿因热电偶冷端温度变化而引起的热电动势的变化，它可以自动地将冷端温度校正到补偿电桥的平衡点温度上。,1热电偶2补偿导线3铜导线4补偿电桥,热电偶冷端补偿电桥,知识准备,学习情境1 电子温度计的制作,3计算修正法在实际应用中，冷端温度并非一定为0，所以测出的热电动势是不能正确反映热端实际温度的。为此，必须对温度进行修正。修正公式采用中间温度定律。4显示仪表机械零位调整法当热电偶冷端温度已知且恒定时（to0），工程上常用一种简单方便的机械零位调整法，进一步对温度测量值进行校正。即在未工作之前，预先将有零位调整器的温
7、度显示仪表的指针从刻度的初始值（机械零位）调至已知的冷端温度值上即可。5冰浴法将热电偶的冷端置于温度为0的恒温器内（如冰水混合物），使冷端温度处于0。,四、热电偶的冷端补偿,知识准备,学习情境1 电子温度计的制作,学习情境内容,学习情境1 电子温度计的制作,热电偶性能检测,测试步骤,学习情境1 电子温度计的制作,测试步骤,步骤一：熟悉热电偶原理及原器件。了解热电偶原理：将两种不同的导体或半导体两端相接组成闭合回路，当两个接点分别置于不同温度t、t0（tt0）中时，回路中就会产生一个热电动势，这种现象称为热电效应。两种导体称为热电极，所组成的回路称为热电偶，热电偶的两个工作端分别称为热端和冷端。
8、了解热电偶在实验仪上的位置及符号，实验仪所配的热电偶是由铜康铜组成的简易热电偶，分度号为T，它封装在双孔悬臂梁的下片梁的加热器里面（不可见）。实验仪有两个热电偶，它封装在双平行梁的上片梁的上表面（在梁表面中间二根细金属丝焊成的一点，就是热电偶）和下片梁的下表面，二个热电偶串联在一起产生热电势为二者的总和。,热电偶性能检测,学习情境1 电子温度计的制作,测试步骤,步骤二：按图连接电路按图接线，开启主、副电源，调节差动放大器调零旋钮，使FV表显示零，记录下自备温度计的室温。,热电偶性能检测,学习情境1 电子温度计的制作,测试步骤,步骤三：测量温度、电势差并记入下表测E：将15V直流电源接入加热器的
9、一端，加热器的另一端接地，观察FV表显示值的变化，待显示值稳定不变时记录下读数E。 测T：(1) 用自备的温度计测出上梁表面热电偶处的温度t1并记录下来 。(2) 用自备的温度计测出下梁表面加热器处的温度t2并记录下来。（注意：温度计的测温探头不要触到应变片，只要触及热电偶处附近的梁体即可）。,热电偶性能检测,学习情境1 电子温度计的制作,测试步骤,步骤四：结果分析根据热电偶的公式Eab(t,to)=Eab(t,tn)+Eab(tn,to)。计算：热端温度为t，冷端温度为0时的热电势，Eab(t,to),根据计算结果，查分度表得到温度t。 热电偶测得温度值与自备温度计测得温度值相比较，分析结果
10、。实验完毕，关闭主、副电源，尤其是加热器15V电源（自备温度计测出温度后马上拆去15V电源连接线），其他旋钮置原始位置。,热电偶性能检测,学习情境1 电子温度计的制作,学习情境内容,学习情境1 电子温度计的制作,电子温度计电路组装及调试,学习情境1 电子温度计的制作,步骤一：确定系统方案,利用热电偶温度传感器组成的测量电路测出温度变化的电压信号，以模拟信号的方式传送到前置差动放大电路，差动放大器电路把传感器输出的微弱信号进行一定倍数的放大，然后送如A/D转换器中。再由A/D转换电路把接收到的模拟信号转换成数字信号，传送到显示电路，最后由显示电路显示数据。,电子温度计电路组装及调试,学习情境1
11、电子温度计的制作,步骤二：搭建各电路单元,1热电偶温度传感器的测量电路,电子温度计电路组装及调试,学习情境1 电子温度计的制作,步骤二：搭建各电路单元,2差动放大电路,电子温度计电路组装及调试,学习情境1 电子温度计的制作,步骤二：搭建各电路单元,3A/D转换电路及显示电路,电子温度计电路组装及调试,学习情境1 电子温度计的制作,在实际工作中，要求电路的供电电压为 5V5%。如果测量显示值大于某一个超限值，对应的控制端口就会立即输出高电平。传感器一般都有一定的误差，可以微调一下前置放大电路中的电位器来校正。 如果传感器发生开路故障,显示就会出现+5V，如果传感器及其引线发生了短路，显示就会立即
12、出现0V。为了防止传感器出现开路或者短路之后可能会引起的不良后果，此时，控制输出端口都会优先关闭。,步骤三：电路调试,电子温度计电路组装及调试,学习情境1 电子温度计的制作,学习情境内容,学习情境1 电子温度计的制作,一、热电阻传感器概述,热电阻概念利用导体或半导体的电阻值随温度的变化而变化的特性来测量温度的感温元件叫热电阻。它可用于测量-200500范围内的温度。目前热电阻的应用范围已扩展到15K的超低温领域，同时在10001200温度范围内也有足够好的特性。热电阻分类1金属热电阻2半导体热敏电阻,知识拓展：红外线传感器,学习情境1 电子温度计的制作,二、金属热电阻,1测温原理金属导体的电阻
13、大多都具有随温度变化的特性。 Rt=R0l+(t-to) Rt, R0分别为热电阻在t和0时的电阻值； 为热电阻的电阻温度系数（1/）。2常用金属热电阻（1）铂热电阻（2）铜电阻（3）铟、锰电阻,知识拓展：红外线传感器,学习情境1 电子温度计的制作,三、半导体热敏电阻,1测温原理半导体热敏电阻是利用半导体的电阻值随温度显著变化的特性制成的。在一定的范围内通过测量热敏电阻阻值的变化情况，就可以确定被测介质的温度变化情况。2特点灵敏度高、体积小、反应快。3常用半导体热敏电阻（1）负温度系数热敏电阻（NTC）（2）正温度系数热敏电阻（PTC）,知识拓展：红外线传感器,学习情境1 电子温度计的制作,一
14、、红外传感器概述,1红外传感器的应用红外辐射计用于辐射和光谱辐射测量。搜索和跟踪系统用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进行跟踪。热成像系统可产生整个目标红外辐射的分布图像，如红外图像仪、多光谱扫描仪等。红外测距和通信系统。2特点可昼夜测量，不受周围可见光的影响。大气对某些波长的红外线吸收非常少，所以适用于遥感技术。,知识拓展：红外线传感器,学习情境1 电子温度计的制作,二、红外传感器测温原理,红外辐射测量温度红外辐射俗称红外线，是一种不可见光。由于它是位于可见光中红色光线以外的光线，所以被称为红外线。红外辐射的物理本质是热辐射。一个炽热物体向外辐射的能量大部分是通过红外线辐射出
15、来的。红外线被物体吸收时，可以显著地转变为热能。凡是存在于自然界的物体，都会放射出红外线，只是它们发射的红外线的波长不同而已。外线传感器可以检测到这些物体发射的红外线，用于测量、成像或控制。常用红外传感器1热传感器2光子传感器,知识拓展：红外线传感器,学习情境1 电子温度计的制作,学习情境内容,学习情境1 电子温度计的制作,拓展训练,【任务】请选用红外线传感器制作温度检测仪。 在温度实际测量中，2000以下高温区域一般采用热电偶测量。对于2000以上的高温区域，必须采用一种新型的测量方法来实现高温测量。请选用红外线传感器制作温度检测仪。 工作要求：能够测量高温区域(2 000 以上）。,学习情境1 电子温度计的制作,
