项目四温度的检测与控制

威海职业学院◆信号的检测与控制

项目四温度的检测与控制



学习情境：

波峰焊的工艺曲线波峰焊的工艺曲线

1. 温度的检测范围： 20 ~250℃ ℃2. 工作车间的温度要求 :25℃ 左右

如何检测与控制 ?



温度：是表征物体冷热程度的一种物理量。

单位：摄氏温度、华氏温度、国际开尔文温度

让我们先来认识一下温度

T （℃） ℉ T （ K ）



要求：利用 NTC 热敏电阻，设计一个方案，以完成对温度量的检测与控制。

具体如下：温度由加热器来给定；

输出量为电压值，数字显示。

结论： 1. NTC 热敏电阻传感器检测的温度范围？

2. 灵敏度如何？

3. 检测控制电路设计中应注意哪些问题？

任务一认识热（敏）电阻



热敏电阻的温度系数有正有负，因此分成两类： PTC热敏电阻 (正

温度系数 )与 NTC热敏电阻 (负温度系数 )。

• NTC热敏电阻测量范围较宽，主要用于温度测量；

• PTC突变型热敏电阻的温度范围较窄，一般用于恒温加热控制或温度开关，

也用于彩电中作自动消磁元件。

• 有些功率 PTC也作为发热元件用。

• PTC缓变型热敏电阻可用作温度补偿或作温度测量。



0

1 1( )

0

BT TR R e

　热敏电阻典型特性　热敏电阻典型特性




热敏电阻的结构及符号热敏电阻的结构及符号 (a)(a) 结构结构 (b)(b) 符号符号1—1— 探头探头 2—2— 引线引线 3—3— 壳体壳体




热敏电阻的结构形式热敏电阻的结构形式a)a) 圆片型，圆片型， b)b) 薄膜型，薄膜型， c)c) 柱型，柱型， d)d) 管型，管型， e)e) 平板型，平板型， f)f) 珠型，珠型， g)g) 扁型，扁型， h) h) 垫圈型，垫圈型， i)i) 杆型杆型






NTC 型热敏电阻传感器铂型热电阻传感器



方案设计案例：





实施步骤：

SILIHT

ILi V

)WW(R

WV

(1) 了解热敏电阻在实验仪的所在位置及符号，它是一个兰色或棕色元件，封

装在双平行振动梁上片梁的表面。

(2) 将 F／ V表切换开关置 2V档，直流稳压电源切换开关置 ±2V档，按图接

线，开启主．副电源，调整W1(RD)电位器，使 F／ V表指示为 100mV左右

。这时为室温时的 Vi。（ 3）将 -15V电源接入加热器，观察电压表的读数变化，电压表的

输入电压：

(4) 由此可见，当温度时， RT阻值， Vi 。




结论： 1. NTC 热敏电阻传感器检测的温度范围？

-50 ~+300℃ ℃


非线性大，稳定性差，误差较大




热敏电阻伏安特性热敏电阻伏安特性





要求：利用铜—康铜热电偶，设计一个方案，以完成对温度量的检测与控制。

具体如下：温度由加热器来给定，外加电压 15V ；

输出量为电压值，数字显示。

结论： 1. —铜康铜热电偶传感器检测的温度范围？



任务二认识热电偶传感器


热电效应示意图热电效应示意图




热电偶回路接入第三导体热电偶回路接入第三导体

0 0( , ) ( , )ABC ABE T T E T T




开路热电偶的使用开路热电偶的使用




33 种导体分别组成的热电偶种导体分别组成的热电偶

0 0 0( , ) ( , ) ( , )AB AC BCE T T E T T E T T




普通热电偶结构示意图普通热电偶结构示意图




各种热电偶的热电势与温度关系曲各种热电偶的热电势与温度关系曲 (T(T0=0=0 )℃0 )℃




热电偶冷端的延伸热电偶冷端的延伸

' ' 0 0( , ) ( , )n AB nA BE T T E T T




电桥补偿法原理图电桥补偿法原理图

0 0 0( , ) ( , ) ( , ) ( , )AB n ab AB n AB n ABU E T T U E T T E T T E T T










实施步骤：


1.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。实验仪有二个热电偶，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。

2.按图接线、开启主、副电源，调节差动放大器调零旋钮，使 F／ V表

显示零，记录下自备温度计的室温。




实施步骤：


（ 4 ）将－ 15V 直流电源接入加热器的一端，加热器的另一端接地，观察 F

／ V 表显示值的变化，待显示值稳定不变时记录下 F ／ V 表显示的读数 E 。（ 5 ）用自备的温度计测出上梁表面热电偶处的温度 t 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）。

（ 6 ）根据热电偶的热电势与温度之间的关系 Eab(t,to)=Eab(t,tn)+Eab(tn,to)

查铜－康铜热电偶分度表，得到室温（温度计测得）时热电势。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 。




实施步骤：


（７）热电偶测得温度值与自备温度计测得温度值相比较。

（ 8）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）其它旋钮置原始位置。



结论： 1. 热电偶传感器检测的温度范围？

-150 ~+400℃ ℃


线性度好，稳定性强，误差不大


热电偶受环境温度影响较大，需要冷端

补偿。




要求：利用 TN 系列红外传感器，设计一个方案，以完成对温度量的检测与控制。

具体如下：温度由加热器来给定，外加电压 15V ；

输出量为音频信号。

结论： 1. TN 系列红外传感器检测的温度范围？

2. 灵敏度如何？测量范围多远？


4. 红外传感器最大的优势是什么？

任务三认识红外传感器


电磁波谱电磁波谱




红外探测器的两种典型光谱响应曲线红外探测器的两种典型光谱响应曲线





TN 系列传感器装配图：






总体结构图




实施步骤：


本系统包括按键部分、音频输出部分和 TN 红外测温传感器接入部分。按键部分：按键开始测温，一直按下，听到声音表示测温完毕。

音频输出部分：主要将单片机 SPCEO61A 两路音频输入端通过 LM386

放大，经喇叭播放。

TN 红外测温传感器接入部分：通过 SPCEO61A 的 IO 口的控制，将测得的温度送给单片机中来处理。




实施步骤：


电路图



结论： 1. TN 系列红外传感器检测的温度范围？

-30 ~+70℃ ℃

2. 灵敏度如何？测量范围多远？

线性度好，稳定性强，误差小；

测量范围可达 30 米。


4. 红外传感器最大的优势是什么？

可进行非接触测量。




针对提出的受控对象，选择何种检测设备？如何控制？

讨论

传感器传感器热电阻热电阻PT 100PT 100

热敏电阻热敏电阻NTCNTC

热电偶红外传感器热电偶红外传感器KK 型型 NTNT

测量范围测量范围（℃）（℃） -259~630-259~630 -100~300-100~300 -270~400 -30~70-270~400 -30~70

灵敏度灵敏度精度与铂的精度与铂的纯度有关纯度有关

高，不太稳高，不太稳定定

高，温度受环高高，温度受环高境影响，稳定境影响，稳定

价格价格 3030 元元不同品牌不不同品牌不同型号差别同型号差别较大较大

11 米长米长 88 元元22 米长米长 1010 元元

参数



针对提出的受控对象，选择何种检测设备？如何控制？

方案制定

根据对比以上几种传感器的性能参数，主要考虑到测量范围、性能及

价格

分析我们要测定的温度，决定选用热电偶为检测设备。

考虑到热电偶传感器的使用环境和条件，控制系统选择微机控制。

温度值数字和曲线同时显示。



总结

1. 掌握各种测温传感器的使用方法；

2. 熟悉各种测温传感器的参数和性能；

3. 能够根据已知条件，合理选择检测设备；

4. 熟悉各种测温传感器的数据处理过程、接口电路和控制方式。



思考题

热电阻与热敏电阻的电阻 - 温度特性有什么不同？

将一支灵敏度为 0.08mV/℃ 的热电偶与毫伏表相连，已知接线端温度为 5

0℃ ，毫伏表读数是 60mV ，问热电偶热端温度是多少？

试应用所熟悉的传感器，设计一款简易的测温装置，用以测量人体的

温度，要求误差为 0.01℃ 。

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