温度传感器

课课程程传感器基础知识课课题题温度传感器课课型型一一体体化化教教具具多媒体课件、实物投影仪、传感器实训台课课时时24教室场地D305学生基础初中起点学生人数20知知识识目目标标1．掌握热电阻传感器的基本概念和工作原理。2．了解热电阻传感器的应用。3．掌握热敏电阻的性质及工作原理能能力力目目标标专业能力1．掌握热电阻传感器的基本概念和工作原理。2．了解热电阻传感器的应用。3．掌握热敏电阻的性质及工作原理方法能力1．由知识的理性认识到感性认识，并亲自动手验证，从而体会理论-实验-验证的辨证唯物主义的认识过程。2．通过学生分组训练培养学生动手能力，增强安全意识养成文明操作习惯。3．培养学生探究问题，分析问题，解决问题的能力。社会能力1．培养学生在实践中团结协作能力，语言表达能力。2．在完成任务中的自我学习和持续发展的能力。3．培养学生严谨认真的职业工作态度。4．激发学生学习技术的热情。教教学学重重点点1．热电阻传感器的原理及应用。2．热敏电阻的工作原理及基本应用电路。教教学学难难点点热敏电阻的热电特性曲线。教教学学方方法法任务驱动法、示范演示法、问题探究法、行为引导法、小组合作法、讨论法等教教法法分分析析本节课在实训室进行，根据任务为主线、教师为主导、学生为主体的原则采用讲、演、训相结合等方式进行教学，有利于突出重点，突破难点。使学生容易接受新知识，并能提高分析问题解决问题的能力。传感器基础知识1一一体体化化教教学学基基本本流流程程理理论论依依据据为了使理论与实践更好的衔接，将理论与实习（实践）教学融为一体，使每块内容都能内讲授、示范、训练同步进行，增强了直观性。内涵主要是打破传统的学科体系和教学模式，依据职业教育培养目标的要求来重新整合教学资源，体现能力本位的特点。从而实现了从以课堂为中心向以实验室、实习车间为中心的转变，培养出素质优良、技术过硬、单项技能拔尖的技术型人才。教教学学环环节节教教学学内内容容及及过过程程教教师师活活动动学学生生活活动动组组织织教教学学回顾旧知大声诵读7S内涵：整理、整顿、清洁、清扫、安全、节约、素养集合、点名、填写教学日志、分组，检查学生劳防用品穿戴情况，讲解实训安全操作规力传感器调整情绪集中学生注意力通过提问的形式，引导学生系统回顾以前学过的知识点集中注意力思考回答问题创设情景，导入新课回顾旧知创设情景，导入新课回顾旧知项目任务，步步落实归纳总结，促进内化巩固知识，延伸思维任务下达制定计划书安装制作调试学习新识分析电路排故练习传感器基础知识2任务下达步步落实任务1实施温度传感器一、热电阻传感器1．基本概念热电阻是利用导体的电阻率随温度变化的物理现象来测量温度的。热电阻应该具有以下特性：①电阻值与温度变化具有良好的线性关系。②电阻温度系数大，便于精确测量。③电阻率高，热容量小，反应速度快。④在测温范围内具有稳定的物理性质和化学性质。⑤材料质量要纯，容易加工复制，价格便宜。根据以上特性，最常用的材料是铂和铜，在低温测量中则使用铟、锰及碳等材料制成的热电阻。2．工作原理（1）铂电阻物理化学性质稳定，电阻率较大，能耐较高的温度，可作为复现温标的基准器。其电阻值与温度之间的关系可以用下式表示在0℃~650℃内Rt=R0(1+At+Bt2)在200℃~0℃内Rt=R0[1+At+Bt2+C(t-100)t3]式中，Rt是温度为t时电阻值；R0是温度为0℃时的电阻值；A=3.96847×10-3℃-1；B=-5.847×10-7℃-2；C=-4.22×10-12℃-4。（2）铜电阻当测量精度要求不高，测量范围不大时，可用铜电阻代替铂电阻。在-50℃~150℃时，铜电阻与温度的变化基本上呈线性关系。即Rt=R0(1+t)式中，=（4.25×10-3~4.28×10-3）℃-1，为铜电阻的温度系数。缺点：电阻率低、体积大、热惯性大、在100℃以上时易氧化。3．应用（1）热电阻温度计工业上用于测温的测量电路用得较多的是电桥电路。常采用图8-1所示的三导线1/4电桥电路来克服环境温度的影响。（讲解）（对比两种热电阻）通过实例引出本节课的主课题，以调动学生学习的积极性，激发学生的探索激情。传感器基础知识3任务2实施图8-1热电阻的测量电路图8-2热电阻流量计电原理图（2）热电阻式流量计图8-2是一个热电阻流量计的电原理图。两个铂电阻探头，Rt1放在管道中央，它的散热情况受介质流速的影响。Rt2放在温度与流体相同，但不受介质流速影响的小室中。当介质流动时，Rt1由于介质流动带走热量，温度的变化引起阻值变化，电桥失去平衡而有输出，电流计的指示直接反映流量的大小。二、热敏电阻1．基本概念热敏电阻是利用半导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件。2．工作原理热敏电阻的热电特性曲线如8–3所示。（分析电路原理）（分析热敏电阻的热电特性曲线）图8-3热敏电阻的热电特性曲线传感器基础知识4任务3、4实施正温度系数热敏电阻：RT=R0exp[B(T-T0)]负温度系数热敏电阻：RT=R0exp[B(011TT)]式中，RT——温度为T时的电阻值，R0——温度为T0时的电阻值，B——常数，由材料、工艺及结构决定。3．主要特点①灵敏度高。②工作温度范围宽。③可以根据不同的要求，将热敏电阻制成各种不同形状。④稳定性好，过载能力强，寿命长。4．热敏电阻的基本应用电路热敏电阻主要用作检测元件和电路元件。（1）作为检测和电路用的热敏电阻其工作点的选取由热敏电阻的伏安特性决定。（2）作为测温元件用的热敏电阻各种热敏电阻探头结构如图8-4所示图8-4热敏电阻探头结构图8-5热敏电阻器温度补偿电路（3）作为温度补偿用的热敏电阻通常补偿电路是由热敏电阻RT和与温度无关的线性电阻R1和R2串、并联组成，如图8-5所示。一、热电偶传感器的基本概念1．热电偶由两根不同性质的导体（A和B）所组成的闭合回路（如图8-6所示）。t为测温端（或称热端），t0为自由端（或称冷端）。2．热电偶传感器它是一种能够将温度变化量转换成电势变化的测量装置。二、热电偶工作原理（参考教材中表格说明热敏电阻的应用分类）（简单介绍）传感器基础知识5任务5实施1．热电效应热电效应：就是将两种不同成分的导体组成一闭合回路，当闭合回路的两个结点分别置于不同的温度场中时，回路中将产生一个电势，该电势的方向和大小与导体的材料及两结点的温度有关。两种导体组成的回路——热电偶，这两种导体——热电极，产生的电势——热电势（分为接触电势，温差电势）。2．接触电势在动态平衡状态下，A与B两导体的接触处产生了电位差，称为接触电势。对于温度分别为t和t0的两结点，可得下列接触电势公式eAB(t)=UAt-UBteAB(t0)=0AtU-0BtU式中，eAB(t)，eAB(t0)为导体A、B在结点温度t和t0时形成的电势；UAt、0AtU分别为导体A在结点温度为t和t0时的电压，UBt、0BtU分别为导体B在结点温度为t和t0时的电压；结点电势的数量级为10-3~10-2V。3．温差电动势将某一导体两端分别置于不同的温度场t和t0中，导体两端便产生了一个由热端指向冷端的静电场，该静电场阻止电子从热端向冷端移动，最后达到动态平衡。这样，导体两端产生的电势称为温差电势。eA(t，t0)=UAt-0AtUeB(t，t0)=UBt-0BtU式中，eA(t，t0)、eB(t，t0)为导体A，B在两端温度分别为t和t0时形成的电势；它的数量级为10-5V。4．热电偶的电势将由A和B组成的热电偶的两结点分别放在t和t0中，热电偶的电势为EAB(t，t0)=eAB(t)-eAB(t0)-eA(t，t0)-eB(t，t0)其中，接触电势温差电势，所以上式可改写为EAB(t，t0)=eAB(t)-eAB(t0)结论：热电偶热电势的大小，只与组成热电偶的材料和两结点的温度有关，而与热电偶的形状尺寸无关，当热电偶两电极材料选定后，热电势便是两结点电势差。三、热电偶的基本定律1．均质导体定律如果热电偶中的两个热电极材料相同，无论接点的温度如何，热电势为零。（分析接触电势的产生原因）（讲解推导过程）了解图8-6热电偶回路原理图传感器基础知识6任务6实施2．中间导体定律在热电偶中接入第三种导体，只要第三种导体的两结点温度相同，则热电偶的热电势不变。分析：如图8-7所示，在热电偶中接入第三种导体C，设导体A与B结点处的温度为t，A与C、B与C两结点处的温度为t0，则回路中的热电势为EABC(t，t0)=eAB(t)+eBC(t0)+eCA(t0)令t=t0，则回路的热电势为零，即eAB(t0)+eCA(t0)=0改写成-eAB(t0)=eAB(t0)+eCA(t0)所以EABC(t，t0)=eAB(t)-eAB(t0)3．标准电极定律如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电势已知，则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电势就可确定。分析：如图8-8所示，导体A，B分别与标准电极C组成热电偶，若它们所产生的热电势也就已知，即EAC(t，t0)=eAC(t)-eAC(t0)EBC(t，t0)=eBC(t)–eBC(t0)那么，导体A与B组成的热电偶的热电势为：EAB(t，t0)=EAC(t，t0)–EBC(t，t0)4．中间温度定律热电偶在两结点温度分别为t，t0时的热电势等于该热电偶在结点温度为t，t1和t1，t0时相应热电势的代数和，即EAB(t，t0)=EAC(t，t1)–EAB(t1，t0)（t1为中间温度）中间温度定律为补偿导线的使用提供了理论依据。四、热电偶的结构及材料1．热电偶的基本结构热电偶通常由热电极金属材料、绝缘材料、保护材料及接线装置等部分组成。（1）对热电偶的基本要求①在整个测温过程中能长时间准确可靠地工作。②有足够的绝缘程度。③有足够的机械强度，耐一定振动和热冲击等。（2）热电偶工作点的焊接方法①电弧焊和乙炔焰焊。（注意对定律的理解）（说明各定律的实际意义）（简单了解）。图8-7第三导体接入热电偶回路图8-8三种导体分别组成的热电偶传感器基础知识7作业板书②盐浴焊，如图8-9所示。③盐水焊接，如图8-10所示④激光焊。图8–9盐浴焊接装置图8–10盐水焊接装置1—热电极；2—石墨坩埚；3—氧化钡1—热电极2—烧杯3—箔丝4—氯化氨2．热电极材料（1）对热电极材料的一般要求①配对的热电偶应有较大的热电势，并且热电势与温度尽可能有良好的线性关系。②能在较宽的温度范围内应用，并且在长时间工作后，不会发生明显的化学及物理性能的变化。③电阻温度系数小，电导率高。④易于复制，工艺性与互换性好，便于制定统一的分度表；材料要有一定的韧性，焊接性能好，以利于制作。（2）电极材料的分类①一般金属，如镍铬-镍硅，铜-镍铜，镍铬-镍铝，镍铬-考铜等。②贵金属。③难熔金属。3．绝缘材料热电极之间和连接导线之间均要求有良好的电绝缘，否则会有热电势损耗而产生测量误差，甚至无法测量。（1）有机绝缘材料（2）无机绝缘材料4．保护材料对保护材料的要求是：①气密性好，可有效地防止有害气体侵入而腐蚀结点和热电极。②应有足够的强度及刚度，耐振、耐热冲击。③物理化学性能稳定，在长时间工作中不致与介质、绝缘材料和热电极互相作用，也不产生对热电极有害的气体。②④导热性能好，使结点与被测介质有良好的热接触。五、热电偶的类型1．按工业标准划分（1）标准化热电偶（2）非标准化热电偶2．按结构形状划分（1）普通型热电偶（分析各焊接方法的特点）（简单介绍）传感器基础知识8该类型的热电偶外形如图8-11所示。图8–11普通型热电偶外形（a）无固定装置（b）固定螺纹（c）固定法兰（d）活动法兰。1—接线盒2—保护套管3—绝缘管4—热电极。（2）铠装热电偶铠装热电偶的测量端形式如图8-12所示。（3）多点式热电偶（4）微型热电偶①普通型。②特殊型。（5）薄膜热电偶①片状热电偶。②针状热电偶。③热电极材料直接镀在被测量表面的热电偶。（6）表面热电偶（7）测量气流温度的热电偶①屏罩式热电偶。②抽气式热电偶。③取样热电偶。（8）浸入式热电偶（9）其它用途的热