第二章-初级传感器课件.ppt
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- 第二 初级 传感器 课件
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1、2022-12-261第二章 初级传感器(Primary sensor)本章目的:本章目的:l掌握温度测量有关概念及初级温度传感器一般原理;l掌握压力有关概念及初级压力传感器一般原理;l掌握流体有关概念及流量传感器一般原理。本章重点:本章重点:l有关温度、压力、流量的基本概念。2022-12-2621.温度温度2.1.12.1.1温度及温标(温度及温标(Temperature and scale)2.温标温标:华氏温标、摄氏温标、热力学温标、国际温标。华氏温标、摄氏温标、热力学温标、国际温标。华氏温标(华氏温标(Fahrenheit):):单位为单位为“o oF”F”。摄氏温标(摄氏温标(Ce
2、lsius):):单位为单位为“o oC”C”2.1 温度传感器温度传感器(Temperature)华氏温标与摄氏温标的关系:华氏温标与摄氏温标的关系:9325oot Ft C热力学温标(热力学温标(Kelvin):):绝对温标,单位为绝对温标,单位为“K”规定分子运动停止时的温度为规定分子运动停止时的温度为绝对零度绝对零度;水的三相点水的三相点,即液体、固体、气体状态的水同时存在的温度,即液体、固体、气体状态的水同时存在的温度,为为273.16K;2022-12-263 定义国际开尔文温度(定义国际开尔文温度(T90)和国际摄氏温度()和国际摄氏温度(t90)水的三相点热力学温度为水的三相点
3、热力学温度为273.16K;摄氏温标与开氏温标之间简单关系式为:摄氏温标与开氏温标之间简单关系式为:国际计量委员会在国际计量委员会在1989年年7月批准新的国际温标月批准新的国际温标ITS-90,我国,我国1994年开始全面推行年开始全面推行ITS-90新温标。新温标。内容:内容:国际温标:国际温标:指导思想指导思想:尽可能地接近热力学温标,复现精度要:尽可能地接近热力学温标,复现精度要高,制作较容易,性能稳定,使用方便。高,制作较容易,性能稳定,使用方便。CTto15.2739090 整个温标分成四个温区,都有其相应的标准仪器。整个温标分成四个温区,都有其相应的标准仪器。1)0.65-5.0
4、K1)0.65-5.0K,用,用3 3HeHe和和4 4HeHe蒸汽温度计;蒸汽温度计;2)3.0-24.5561K2)3.0-24.5561K(氦三相点),用氦气体温度计;(氦三相点),用氦气体温度计;3)13.803K-961.783)13.803K-961.78,用基准铂电阻温度计;,用基准铂电阻温度计;4)961.784)961.78以上,用单色辐射或光电高温计。以上,用单色辐射或光电高温计。2022-12-264作业作业1:常用温度单位换算:常用温度单位换算:l人体温度36.5摄氏度,相当于多少华氏度?相当于多少开式温度?2022-12-2652.1.2 测温方法及测温仪表(Temp
5、erature measurement method and instrument)测测温温方方式式温度计种类温度计种类常用测温常用测温范围(范围()优点优点缺点缺点非非接接触触式式测测温温仪仪表表辐射辐射式式辐射式辐射式400-2000400-2000 测温时,不测温时,不破坏被测温破坏被测温度场度场 低温段测量低温段测量不准,环境不准,环境条件会影响条件会影响测温准确度测温准确度光学式光学式700-3200700-3200比色式比色式900-1700900-1700红外红外线线热敏探测热敏探测-50-3200-50-3200测温时,不测温时,不能破坏被测能破坏被测温度场,响温度场,响应快,
6、测温应快,测温范围大,适范围大,适于测温度分于测温度分布布易受外界干易受外界干扰,标定困扰,标定困难难光电探测光电探测0-35000-3500热电探测热电探测200-2000200-20002022-12-266测测温温方方式式温度计种类温度计种类测温范测温范围(围()优点优点缺点缺点接接触触式式测测温温仪仪表表膨膨胀胀式式玻璃液体玻璃液体-50-600-50-600结构简单,使结构简单,使用方便,测量用方便,测量准确,价格低准确,价格低廉廉量上限和精度量上限和精度受玻璃质量的受玻璃质量的限制,易碎,限制,易碎,不能记录和远不能记录和远传传双金属双金属-80-600-80-600结构紧凑,牢结
7、构紧凑,牢固固精度低,量程精度低,量程和使用有限和使用有限压压力力式式液体液体-30-600-30-600 耐震,坚固,耐震,坚固,防爆,价格低防爆,价格低廉廉精度低,测温精度低,测温距离短,滞后距离短,滞后大大气体气体-20-350-20-350蒸汽蒸汽0-2500-250 2022-12-267测测温温方方式式温度计种类温度计种类测温范测温范围(围()优点优点缺点缺点接接触触式式测测温温仪仪表表热热电电偶偶铂铑铂铑-铂铂0-16000-1600测温范围广,测温范围广,精度高,便于精度高,便于远距离、多点、远距离、多点、集中测量和自集中测量和自动控制动控制需冷端温度补需冷端温度补偿偿,在低温
8、段测在低温段测量精度较低量精度较低镍铬镍铬-镍镍铝铝0-9000-900镍铬镍铬-考考铜铜0-6000-600 热热电电阻阻铂铂-200-200-500500测温精度高,测温精度高,便于远距离、便于远距离、多点、集中测多点、集中测量和自动控制量和自动控制不能测高温不能测高温,须须注意环境温度注意环境温度的影响的影响铜铜-50-150-50-150热敏热敏-50-300-50-3002022-12-268温度测量仪表的精度等级 仪表名称精度等级双金属温度计1,1.5,2.5压力式温度计1,1.5,2.5玻璃液体温度计0.5-2.5热电阻0.5-3热电偶0.5-1光学高温计1-1.5辐射温度计(热
9、电堆)1.5部分辐射温度计1-1.5比色温度计1-1.52022-12-2692.1.4 膨胀式温度计(Dilator-thermometer)气体膨胀式、液体膨胀式和固体膨胀式三类 固体膨胀式温度计(双金属温度计):热膨胀系数大的材料为主动层,热膨胀系数小的为被动层。一 原理:固体受热膨胀原理2123()()ABtrTTt金属片的曲率半径 t是双金属片的总厚度2022-12-2610二 材料:膨胀系数不同的金属材料双金属敏感元件材料(1)高锰合金锰、镍、铜的合金(含Mn 72,Ni 10,Cu 18),材料受热膨胀十分明显,在2 51 5 0间,线膨胀系数约为2 7.51 0-6/,即温度每
10、上升1将伸长原尺寸的百万分之2 7.5。(2)殷钢铁和镍的合金(含Fe 64,Ni 3 6%),合金线膨胀系数极小,在01 00间约为(13)1 0-6/,在同样温度变化幅度之下其膨胀程度仅为高锰合金的二十分之一左右。2022-12-2611为提高测温灵敏度,通常将金属片制成螺旋卷形状。螺旋卷的一端固定而另一端与自由转动的指针相连,指针可在一圆形分度标尺上指示温度。三 结构特点:2022-12-2612使用特点:普通双金属的厚度范围从10微米到3毫米,测温范围零下75摄氏度至零上540度,大多数用于零至300度温度范围。抗震性好,牢固,读数方便,轴向型、径向型、135型、万向型等品种齐全,适应
11、于各种现场安装的需要。但精度不高(精度级),测温范围小。形状可以制成螺旋线、膜片等。用途:广泛应用于石油、化工、冶金、纺织、食品等工业。温度指示,也可用于直接断开或闭合触点(恒温器、荧光灯启动器),电路中过流保护的执行器等。四 应用特点:2022-12-2613电熨斗原理图五 双金属温度传感器的典型应用:2022-12-26142.2 压力传感器压力传感器(Pressure sensor)2.2.1基本概念压力(pressure):单位面积上的力(压强)aPbPdPgPvPv压差绝对压力大气压力负压力表压力真空度大气压力线绝对压力线压力关系示意图(Differential pressure)(
12、Absolute pressure)(Atmospheric pressure)(gauge pressure)(Negative pressure)(vacuum)2022-12-2615各种压力单位换算表 单位牛顿/米2(帕斯卡)巴毫米水柱 4oC 公斤力/米2 牛顿/米2(帕斯卡)1110-50.1019720.101972巴1105110.197210310197.2毫米水柱4oC0.1019729.8066510-51110-8公斤力/米29.806659.8066510-5110-81公斤力/厘米298.06651030.980665101031104标准大气压1.01325105
13、1.0132510.332310310332.3毫米水银柱0oC 133.3220.0013332213.595113.5951磅/英寸6.894761030.0689476703.072703.0722022-12-2616作业作业2:常用压力单位换算:常用压力单位换算:l1工程大气压=千克力/平方厘米=帕l1标准大气压=毫米水银柱=帕l1毫米水银柱=毫米水柱=帕l1毫米水柱=千克力/平方米=帕2022-12-2617一 压力测量范围l超高压(super-high pressure):压力高于6108Pa;l高压(high-pressure):压力在107至6108Pa;l低压(low-pr
14、essure):压力在105至107Pa;l微压(micro-pressure):压力在0至105Pa;l真空(vacuum):760托(1托=1毫米汞柱=133.32帕斯卡)以下。2.2.2 压力测量仪表(Pressure gauge)2022-12-2618二 压力测量仪表类别子类别工作原理用途 液柱式压力计U型管压力计 流体静力学(hydrostatics)原理低微压测量,高精度者可用作压力基准器。常用于静态压力测量。单管压力计斜管微压计补偿微压计自动液柱式压力计 弹性压力表弹簧管压力表胡克定律(Hooke law)(弹性元件受力变形)测量范围宽、精度差别大、品种多、是最常见的工业用压力
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