一温度的检测工业信号检测与控制讲解.docx
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一温度的检测工业信号检测与控制讲解
酒泉职业技术学院《信息检测与控制》学习领域教案
NO：
1
班级
盐湖电气
周次
时间
节次
复习提问
大家对传感器在生活中的应用有哪些了解？
学习情境
温度的检测
课程内容
检测技术与传感器的认知
课时
2
学习目标
1.掌握检测技术的基本概念
2.掌握检测系统和传感器的组成并了解各组成部分的作用
3.了解检测技术的作用、地位、发展方向及检测系统的主要应用
主要内容（*重点、难点）
教学设计与组织
重点：
检测系统和传感器的组成及各组成部分的作用
难点：
【教学设计】
1.提问，引入新课
2.讲授新课
3.难点突破：
由传感器的作用来讲解检测系统的组成
4.课堂小结
5.布置作业
【教学组织】
分析法、讲授法、举例法
教学地点
教学仪器设备
教学楼402；教学楼301
教学及参考资料
练习与习题
《传感器与检测技术》
学习情境一温度的检测
任务一：
检测技术与传感器的认知
检测技术作为信息科学的一个重要分支，与计算机技术、自动控制技术和通信技术等一起构成了信息技术的完整学科。
在人类进入信息时代的今天，人们的一切社会活动都是以信息获取与信息转换为中心，传感器作为信息获取与信息转换的重要手段，是信息科学最前端的一个阵地，是实现信息化的基础技术之一。
没有传感器就没有现代科学技术，以传感器为核心的检测系统就像神经和感官一样，源源不断地向人类提供宏观与微观世界的种种信息，成为人们认识自然、改造自然的有利工具。
一、传感器与检测技术的作用和地位
（一）检测系统与人体系统的对比
传感器是系统对外猎取信息的窗口。
（二）检测技术的应用
1.检测技术在工业生产领域的应用
（1）在线检测：
零件尺寸、产品缺陷、装配定位等。
（2）离线检测：
零件参数、尺寸与形位公差、品质参数等。
2.检测技术在汽车中的应用
（1）汽车传感器：
汽车电子控制系统的信息源，关键部件，核心技术内容。
（2）发动机：
对发动机工作状况进行精确控制温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震传感器等。
（3）底盘：
控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、制动防抱死系统等，如车速、踏板、加速度、节气门、发动机转速、水温、油温等。
（4）车身：
提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等，如温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、测距、图象等。
3.检测技术在日常生活中的应用
（1）家用电器：
空调、冰箱、电饭煲、可视对讲、可视电话、数码相机及数码摄像机的自动对焦等。
（2）办公商务：
扫描仪等。
（3）医疗卫生：
数字体温计、电子血压计、血糖测试仪等。
二、基本概念
（一）测量
测量是指将被测量（未知量）与同性质的标准量通过专门的技术和设备进行比较，从而获得被测量是标准量的多少倍的过程。
（二）检验
检验只需分辨出参数量值所归属的某一范围带，以此判别被测参数是否合格或者现象是否存在。
（三）计量
计量也是一种测量，一般指用精度更高的标准量具、器具或标准仪器对送检品的鉴定测量。
（四）检测
检测是人们为了对被测对象所包含的信息进行定性的了解和定量的掌握所采取的一系列技术措施，是更为广泛的测量。
（五）检测技术
检测技术是对生产过程和运动对象实施定性检查和定量测量的技术。
（六）自动检测与转换技术
自动检测与转换技术是能够自动的完成整个检测处理过程的技术。
三、检测系统简介
（一）检测系统的组成
1.检测系统的组成
2.检测系统的组成及功能
传感器：
完成信息的获取。
测量电路：
转换。
输出单元：
显示和处理。
（二）传感器
1.定义
能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。
其定义包含四层含义：
①测量装置：
完成信息的获取任务。
②输入量：
是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等；
③输出量：
是某种，便于传输、转换、处理、显示的物理量，可以是气、光、电量，主要是电量；
④一定的精确度：
输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度。
补充：
物理量：
如光、电、力、热、磁、声。
化学量：
如PH、成份。
生物量：
酶、葡萄糖。
2.功用
传感器功用：
一感二传,即感受被测信息,并传送出去。
3.组成
（1）敏感元件：
是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。
（2）转换元件：
敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电路参量。
（3）转换电路：
上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电路），便可转换成电量输出。
4.分类
按传感器的工作机理：
分为物理型、化学型、生物型等。
按构成原理：
分为结构型与物性型两大类。
根据传感器的能量转换情况：
可分为能量控制型和能量转换型。
四、发展趋势
1.不断提高传感器检测水平
2.拓展测量范围，提高检测精度和可靠性
3.推进新的检测方法，发展非接触法检测技术
4.实现检测系统智能化
课后分析及小结
教研室主任签名
累计课时
2
酒泉职业技术学院《信息检测与控制》学习领域教案
NO：
2
班级
11机电1班；盐湖电气
周次
时间
节次
复习提问
1.传感器由哪几部分组成，各部分的作用是什么？
2.检测系统由哪几部分组成？
学习情境
温度的检测
课程内容
轧钢机的温度检测
课时
2
学习目标
1.掌握热电偶传感器的特点和工作原理
2.掌握热电偶的四个基本定律和他们的实际应用
3.掌握热电偶的冷端补偿方法
主要内容（*重点、难点）
教学设计与组织
重点：
1.热电偶的工作原理
2.热电偶的四个基本定律和实际应用
难点：
热电偶的基本定律的应用
【教学设计】
1.提问
2.引入新课
3.讲授新课
4.课堂小结
5.布置作业
【教学组织】
分析法、讲授法、举例法
教学地点
教学仪器设备
教学楼409；教学楼403
教学及参考资料
练习与习题
《传感器与检测技术》
学习情境一温度的检测
任务二：
轧钢机的温度检测
一、任务提出
轧钢机的加热炉的炉温在950℃—1200℃之间，并且炉温要随时跟随轧机节奏的变化来调节。
根据加热炉的温度范围，可选择热电偶传感器。
二、知识准备
（一）温度和温标
1.温度
温度是表征物体冷热程度的物理量。
2.温标
温度的数值表示方法成为温标。
有摄氏温标、华氏温标、热力学温标、国际温标。
（二）热电偶传感器
热电偶传感器是一种自发电式传感器，测量时不需要外加电源，直接将被测量转换成电动势输出。
使用十分方便，常用作测量炉子、管道内的气体或液体的温度及固体的表面温度。
热电偶传感器的测温范围很广，常用热电偶测温范围为－50℃～+1600℃，特殊情况下－270℃～2800℃。
补充内容：
将非电能量转化为电能量，只转化能量本身，并不转化能量信号的传感器，称为有源传感器，也称为能量转换性传感器或换能器。
常常配合有电压测量电路和放大器，如压电式，热电式，磁电式等。
与之相对应的是无源传感器，这是按照能量观点来分类的。
1.特点
⑴温度测量范围宽；
⑵性能稳定，准确可靠；
⑶信号可以远传和记录；
⑷结构简单，使用方便；
⑸测量端可以做得很小，可用来测“点”的温度；
⑹热容量小，因此反应速度很快。
2.热电偶的外形结构、种类和特性
（1）外形
（2）结构
（3）分类
①种类：
常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。
所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。
非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。
②结构分类：
分为普通热电偶和铠装热电偶。
3.热电偶的工作原理
（1）热电效应
在两种不同的导体（或半导体）A和B组成的闭合回路中，如果它们两个接点的温度不同，则回路中产生一个方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关的电动势，这种效应就是热电效应，或称为温差电效应，又称塞贝克效应。
（2）几个概念
①热电偶：
两种不同导体A、B组成的闭合回路。
②热电极：
导体A或B。
③热电动势：
闭合回路中的电动势。
④测量端：
又称工作端或热端，置于被测温度T中的一端。
⑤参考端：
又称自由端或冷端。
置于很定温度T0中的一端。
（3）热电动势的组成
①接触电动势：
接触电势的大小与温度高低及导体中的电子密度有关。
温度越高，接触电动势越大；两种导体电子密度的比值越大，接触电动势也越大。
②温差电动势：
是在同一导体的两端因其温度不同而产生的一种热电动势。
③总电动势
热电偶的总电动势为接触电动势和温差电动势之和：
4.热电偶的基本定律
（1）均质导体定律
由一种均质导体或半导体组成的闭合回路，不论其截面、长度如何以及各处的温度如何，热电偶回路内的总热电动势均为零。
应用：
检查热电极成分是否相同。
（2）中间导体定律
在热电偶回路中，接入第三种导体C，只要第三种导体两端温度相同，则热电偶所产生的总热电动势保持不变。
应用：
在回路中接入仪表，不影响回路的电动势。
（3）标准电极定律
两种导体A,B分别与参考电极C组成热电偶，如果他们所产生的热电动势为已知，A和B两极配对后的热电动势也就已知。
应用：
测得各种金属与纯铂组成的热电动势，则各种金属相互组成的热电偶的热电动势也可知。
（4）中间温度定律
在热电偶回路中，两接点温度为T，T0时的热电动势，等于该热电偶接点温度为T，Ta和Ta，T0时热电动势的代数和。
EAB（T,T0）=EAB（T,Ta）+EAB（Ta,T0）
应用：
为补偿导线的使用提供了理论依据。
三、任务实施
（一）合理选择热电偶传感器的类型
选择（温度范围）
（二）正确使用热电偶传感器
1.热电偶冷端补偿的原因
（1）热电偶热电势的大小是热端温度和冷端的函数差，为保证输出热电势是被测温度的单值函数，必须使冷端温度保持恒定。
（2）热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度0℃为依据，否则会产生误差。
2.冷端补偿方法
（1）0℃恒温法：
把热电偶的冷端置于冰水混合物容器里，使T0=0℃。
这种办法仅限于科学实验中使用。
（2）补偿导线法
（3）计算修正法
当热电偶冷端温度不是0℃，而是t0时，根据热电偶中温度定律，可得热电动势的计算校正公式：
（4）补偿电桥法
利用不平衡电桥产生热电势补偿热电偶因冷端温度变化而引起热电势的变化值。
不平衡电桥由R1、R2、R3（锰铜丝绕制）、RCu（铜丝绕制）四个桥臂和桥路电源组成。
设计时在0℃下使电桥平衡（R1=R2=R3=RCu），此时Uab=0，电桥对仪表读数无影响。
（5）机械仪表零点调整法
（三）测量炉温电路
课后分析及小结
教研室主任签名
累计课时
4
酒泉职业技术学院《信息检测与控制》学习领域教案
NO：
3
班级
11机电1班；盐湖电气
周次
时间
节次
复习提问
1.热电偶的基本定律有哪几条？
2.热电偶的工作原理是什么？
学习情境
温度的检测
课程内容
管道温度的检测
课时
4
学习目标
1.掌握热电阻的特点、工作原理和测量电路
2.掌握热电阻的测量电路
主要内容（*重点、难点）
教学设计与组织
重点：
热电阻的工作原理和测量电路
难点：
热电阻的测量电路
【教学设计】
5
【教学组织】
分析法、讲授法、举例
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