I温度传感器教案重点.doc

1、职业教育机电一体化专业教学资源库课 程 教 案课程名称：传感器与智能仪表编 制 人：隋明森邮 箱：7987155电 话：0633-7987155编制时间：2014-12-01 编制单位：日照职业技术学院传感器与智能仪表课程教案课题项目一 温度传感器及其仪表的安装与调试单元一 认识温度传感器课时数3授课班级授课时间授课地点授课形式多媒体讲授其他资源教学PPT、视频、动画教学目标知识目标熟悉各类温度的原理、检测电路，掌握不同温度传感器的应用技能目标（1）能够识别不同类别的温度传感器（2）能够根据温度传感器的型号判断传感器的类别。素养目标（1）、勇于创新，积极进取，（2）、团结协作，分析问题解决问题

2、教学重点温度传感器的识别及应用。教学难点温度传感器的工作原理及测量电路。参考教材传感器与智能仪表校本教材 日照职业技术学院自动检测与测控仪表实训教程 李駪 北京师范大学出版社传感器应用技术 汤晓华 上海交通大学出版社教学策略以热电偶温度传感器为载体，播放动画和图片，以引导设问的方式提出“温度传感器的应用”，引导学生讨论学生小组回答讲解温度传感器的原理及应用个人回答问题归纳温度传感器的原理、应用。环节（用时）内容活动手段与资源教师学生项目引入（10min）展示啤酒厂、热电厂等工业项目测量温度案例、动画、视频等教学资源。教师引导学生观看视频案例、视频资源知识准备（80min）温度传感器是指能感受温

3、度并转换成可用输出信号的传感器。温度传感器是通过物体随温度变化而改变某种特性来间接测量的。 1、热电偶温度传感器原理：热电偶的工作原理是物体的热电效应。热电效应产生的热电势是由接触电势和温差电势两部分组成。热电偶的材料及特性参数： （1）材料及特点：铂铑-铂热电偶、镍铬-镍铝（镍铬-镍硅）热电偶和铜-康铜热电偶（2）参数：分度号、分度表（3）标准热电偶（4）热电偶的分类和结构：普通热电偶、铠装热电偶、薄膜热电偶、表面热电偶热电偶特点：（1）热电偶的优点测温范围宽，能测量较高的温度。输出电压信号，测量方便、便于远距离传输、集中检测和控制。结构简单、性能稳定、维护方便、准确度高。热惯性和热容量小，

4、便于快速测量。自身产生电压，不需要外加驱动电源，是典型的自发电式传感器。 （2）热电偶的缺点 低灵敏度、低稳定性、响应速度慢、高温下容易老化和有漂移，以及非线性。且热电偶需要外部参考端。2、热电阻温度传感器原理：在金属中，载流子为自由电子，当温度升高时，虽然自由电子数目基本不变（当温度变化范围不是很大时），但每个自由电子的动能将增加，因而在一定的电场作用下，要使这些杂乱无章的电子作定向运动就会遇到更大的阻力，导致金属电阻值随温度的升高而增加。热电阻就要是利用电阻随温度升高而增大这一特性来测量温度的。金属热电阻的特性要求： 电阻温度系数要大，以便提高热电阻的灵敏度； 电阻率尽可能大，以便在相同灵

5、敏度下减小电阻体尺寸； 热容量要小，以便提高热电阻的响应速度； 在整个测量温度范围内，应具有稳定的物理和化学性能； 电阻与温度的关系最好接近线性关系，具有良好的可加工性，且价格便宜。目前使用纯金属材质的有铂（Pt）、铜（Cu）、镍（Ni）和钨（W）等；合金材质的有铑铁及铂钴等。工业中应用最广的金属热电阻是铂电阻和铜电阻。热电阻的结构和类型： 感温元件（金属电阻丝）、骨架、引线金属热电阻的外形与样式：测温电路：三线制、四线制3、热敏电阻温度传感器 原理：热敏电阻是一种新型的半导体测温元件。半导体中参加导电的是载流子，由于半导体中载流子的数目远比金属中的自由电子数目少得多，所以它的电阻率大。随温度

6、的升高，半导体中更多的价电子受热激发跃迁到较高能级而产生新的电子空穴对，因而参加到电的载流子数目增加了，半导体的电阻率也就降低了（电导率增加）。因为载流子数目随温度上升按指数规律增加，所以半导体的电阻率也就随温度上升按指数规律下降。热敏电阻正是利用半导体这种载流子数随温度变化而变化的特性制成的一种温度敏感元件。当温度变化1时，某些半导体热敏电阻的阻值变化将达到（36）%。在一定条件下，根据测量热敏电阻值的变化得到温度的变化。热敏电阻的结构及外观： 热敏电阻材料及特性：大部分半导体热敏电阻中的各种氧化物是按一定比例混合的。金属氧化物：钴Co、锰Mn、镍Ni 等的氧化物采用不同比例配方、高温烧结而

7、成。一、 4、集成式温度传感器原理：集成温度传感器也称为温度传感器集成电路（温度IC），它是利用晶体管PN结的电流与电压特性与温度的关系，把敏感元件、放大电路和补偿电路等部分集成化，并把它们装封在同一壳体里的一种一体化温度检测元件。 分类：集成温度传感器按信号输出形式分为：模拟输出和数字输出两种类型，其中模拟型又包括电流输出型 、 电压输出型，数字型又可以分为开关输出型、并行输出型、串行输出型等几种不同的形式。二、 特点：导体的厚度应远大于电涡流的轴向贯穿深度，电阻率大的材料应选用较高的励磁频率，被测金属导体的横向尺寸应大于线圈外径的1.8倍；测量时应禁止其他金属物体接近传感器线圈。 5、非接

8、触式温度传感器三、 非接触式温度传感器在高温测量中应用最广泛，主要应用行业为冶金、铸造、热处理以及玻璃、陶瓷和耐火材料等工业生产过程中。测量时，只需把温度计光学接收系统对准被测物体，而不必与物体接触，因此可以测量运动物体的温度并不会破坏物体的温度场。此外，由于感温元件只接收辐射能，不必达到被测物体的实际温度，从理论上讲，它没有上限，可以测量高温。非接触测温仪表分类：光学高温计、辐射式温度计 （1）热辐射基本定理：测量时，只需把温度计光学接收系统对准被测物体，而不必与物体接触，因此可以测量运动物体的温度并不会破坏物体的温度场。此外，由于感温元件只接收辐射能，不必达到被测物体的实际温度，从理论上讲

9、，它没有上限，可以测量高温。观察灼热物体表面的“颜色”来大致判断物体的温度。（2）光学高温计精密光学高温计用于科学实验中的精密测试；标准光学高温计用于量值的传递，例如，在物质熔点、热容量和相变点的测定中使用。光学高温计可用来测量80032000C的高温。由于采用用肉眼进行色度比较，所以测量误差与人的经验有关。光学高温计测量的温度称为亮度温度(TL)，被测对象为非黑体时，要通过修正才能得到非黑体的真实温度。工业光学高温计分类：隐丝式、恒定亮度式、（3）光电高温计 计是由人工操作来完成亮度平衡工作的，其测量结果带有操作者的主观误差。它不能进行连续测量和记录，当被测温度低于8000C时，光学高温计对

10、亮度无法进行平衡。 计是在光学高温计测量理论的基础上发展起来的一种新型测温仪表。它采用新型的光电器件，自动进行平衡，达到连续测量的目的。 特点：采用光敏电阻或者光电池作为感受辐射源的敏感元件来代替人眼的观察；采用一参考辐射源与被测物体进行亮度比较，由光敏元件和电子放大器组成鉴别和调整环节，使参考辐射源在选定的波长范围内的亮度自动跟踪被测物体的辐射亮度，当达到平衡时即可得到测量值；在平衡式测量方式中，光敏元件只起指零作用，它的特性如有变化，对测量结果影响较小，参考辐射源选用钨丝灯泡，能保持较高的稳定性，因此具有较高的精度和连续测量的特性；设计了手动值修正环节，可显示物体的真实温度；采用新型光敏元

11、件，测量范围宽，约为20016000C。原理：（4）辐射温度计 射强度定理，即物体的总辐射强度与物体温度的四次方成正比的关系来进行测量的。 射感温器和显示仪表两部分 量40020000C的高温，多为现场安装式结构。 场高温环境的要求，可在辐射感温器外加装水冷夹套。辐射高温计测量的温度称为辐射温度，被测对象为非黑体时，要通过修正才能得到非黑体的真实温度。 （5）比色温度计原理：通过测量热辐射体在两个或两个以上波长的光谱辐射亮度之比来测量温度。特点：准确度高，响应快，可观察小目标(最小可到2mm)。因为实际物体的单色黑度系数和全辐射黑度系数的数值相差很大，但是对同一物体的不同波长的单色黑度系数和来

12、说，其比值的变化却很小。所以用比色温度计测得的温度称为比色温度，它与物体的真实温度很接近，一般可以不进行校正。教师多媒体PPT讲解教师引导、学生小组讨论热电偶温度传感器的原理、结构及应用教师多媒体PPT讲解教师引导、学生小组讨论热电阻温度传感器的原理、结构及应用教师多媒体PPT讲解教师引导、学生小组讨论热敏电阻式温度传感器工作原理及应用教师引导学生分组讨论非接触式传感器的应用学生听讲学生讨论学生听讲讨论听讲讨论讨论多媒体PPT多媒体PPT案例讲解多媒体PPT案例讲解多媒体PPT案例讲解多媒体PPT案例讲解多媒体PPT案例讲解多媒体PPT案例讲解3、操作训练（30min）小组讨论，并绘制表格，包括各种位置传感器的工作原理、性能特点、应用场合以及选用的规定。教师小组指导学生讨论、制表4、归纳总结（15min）总结本单元讲解的各类常用的温度传感器，从其工作原理、优缺点、转换线路、应用场合等方面做总体总结。教师PPT讲授学生作业课后小结