2第2章常用传感器和变送器PPT

2.温度变送器工作原理 温度变送器工作原理 温度变送器作用是把输入的信号变送 输出4～ 信号， 输出 ～20mA·DC信号，供现场控制器 信号 （DDC等）作为控制及显示用。 等 作为控制及显示用。
2.1.4 热电偶 1.热电偶工作原理 热电偶工作原理
两种不同的导体A和 连接成 两种不同的导体 和B连接成 闭合回路时， 闭合回路时，设两接点温度为 t 和 t 0 ,且设 t ＞ t0 时，回路中就会 且设 ），这个 出现热电动势 E AB （ t , t0 ），这个 现象称为热电效应。 现象称为热电效应。产生的热电 动势由接触电动势和温差电动势 两部分组成。 两部分组成。
两种不同的导体相接触时， 两种不同的导体相接触时，由于 两者自由电子密度不同（设导体A的 两者自由电子密度不同（设导体 的 大于导体B的 则在A和 两个方向 大于导体 的）。则在 和B两个方向 上自由电子扩散的速率不同， 上自由电子扩散的速率不同，当A、 、 B间电子转移达到动态平衡时，在 间电子转移达到动态平衡时， 间电子转移达到动态平衡时 A、B的界面上便形成一个电位差称 、 的界面上便形成一个电位差称 之为接触电动势。 之为接触电动势。其大小取决于两 种不同导体的性质和接点处的温度。 种不同导体的性质和接点处的温度。
按照 测量 方式 分类： 分类：
2.1.2 常用的温度传感器 用热电阻传感器测量温度是制冷空调系 统中的主要测温方法，它具有结构简单、 统中的主要测温方法，它具有结构简单、工 作可靠、灵敏度高、精度高、 作可靠、灵敏度高、精度高、测量范围广等 特点，能实现单点和多点温度的远传、 特点，能实现单点和多点温度的远传、变 显示和自动控制。 送、显示和自动控制。 热电阻温度传感器是根据金属导体或半 导体的电阻值随温度变化而变化的原理测温 在工程中常用的有铂、 的。在工程中常用的有铂、镍、铜、半导体 热敏电阻。 热敏电阻。
（2）铠装热电偶 ） 铠装热电偶 是将热电偶丝、 是将热电偶丝、 绝缘材料和金属 保护套管三者经 整体复合拉伸工 艺加工而成的可 弯曲的坚实组合 体。
铠装热电偶的热端有接壳、绝缘、 铠装热电偶的热端有接壳、绝缘、 露端等形式， 露端等形式，其中以接壳及露端型的动 态特性较好。 态特性较好。接壳型是将热电极与金属 套管焊接在一起， 套管焊接在一起，其反应时间介于绝缘 型和露端型之间。 型和露端型之间。绝缘型将热端封闭在 完全焊合的套管内， 完全焊合的套管内，热电偶与金属套管 之间互相绝缘，是最常用的一种形式。 之间互相绝缘，是最常用的一种形式。 露端型的热电偶热端暴露在套管外面， 露端型的热电偶热端暴露在套管外面， 仅在干燥的非腐蚀性介质中使用。 仅在干燥的非腐蚀性介质中使用。
铂热电阻测温元件精度 性能可靠，易于提纯， 高，性能可靠，易于提纯，稳 定性好，在工业测温及制冷、 定性好，在工业测温及制冷、 空调系统测温中得到广泛的应 用。
2.铜热电阻 铜热电阻
（1）结构：铜热电阻是用 φ ）结构： 0.13mm的漆包铜丝采用双绕法绕在 的漆包铜丝采用双绕法绕在 棒形塑料骨架上，然后， 棒形塑料骨架上，然后，将整个元件 经过酚醛树脂浸渍处理。 经过酚醛树脂浸渍处理。 （2）型号：铜热电阻的分度号为 ）型号： Cu50（ R0 =50.00Ω）和Cu100 （ ） （ R0 =100.00Ω）。 ）。
恒定， 如果冷端温度 t 0 恒定，即 f (t0 ) = c 常数）， ），则 （常数），则
EAB (t, t0 ) = f (t ) − c
即回路总热电动势只与工作端温 度成单值函数关系。 度成单值函数关系。只要用仪表测出 E AB (t , t 0 ) ，就可得知被测温度 t ，这 就是用热电偶测温的原理。 就是用热电偶测温的原理。
1.铂热电阻 铂热电阻
（1）结构：铂热电阻由感温元件、云母 ）结构：铂热电阻由感温元件、 支架、绝缘套管、引出线、 支架、绝缘套管、引出线、夹持片和保护管 等主要部件组成。 等主要部件组成。 （2）型号：铂热电阻的型号是根据 ℃ ）型号：铂热电阻的型号是根据0℃ 时的电阻值来区分的，用分度号来表示。 时的电阻值来区分的，用分度号来表示。我 国现采用国际电工委员会标准，分度号为： 国现采用国际电工委员会标准，分度号为： Pt100（R0 =100.00Ω）和Pt10 （ ） （ R0=10.00Ω）。 ）。
2.1.3 温度变送器 为了将温度传感器的信号进 行放大和转换为标准信号（ ～ 行放大和转换为标准信号（4～ 20mA·DC、0～5V·DC等），以 、 ～ 等），以 便于被模拟仪表或DDC控制器接 便于被模拟仪表或 控制器接 受，使温度变送器得到广泛的应 用。
1.温度变送器 温度变送器 把温度传感器输出信号变为标准电 电流信号的器件就称为温度变送器。 压、电流信号的器件就称为温度变送器。 它由温度传感器与两线制温度变送器模 块组成。显示型产品使温度的传感、 块组成。显示型产品使温度的传感、变 送及显示一体化， 送及显示一体化，通常以数字显示实测 温度值。 温度值。 变送器输出4～ 变送器输出 ～20mA·DC抗干扰能 抗干扰能 力强的信号，可与二次仪表配套使用， 力强的信号，可与二次仪表配套使用， 也可直接输入到DDC控制器等。 控制器等。 也可直接输入到 控制器等
3.热电偶的结构形式 热电偶的结构形式 （1）普通型热电偶 ）
普通型热电偶由热电极、绝缘套管、 普通型热电偶由热电极、绝缘套管、保护套管 和接线盒等主要部分构成。 和接线盒等主要部分构成。 热电极是组成热电偶的两根热偶丝， 热电极是组成热电偶的两根热偶丝，有正负热 电极之分，热电极直径由材料的价格、机械强度、 电极之分，热电极直径由材料的价格、机械强度、 电导率、热电偶的使用条件和测量范围等决定， 电导率、热电偶的使用条件和测量范围等决定，其 长度由安装条件及插入深度而定。 长度由安装条件及插入深度而定。 绝缘套管也称绝缘子， 绝缘套管也称绝缘子，用于防止两根热电极短 其结构形式通常有单孔管、 路。其结构形式通常有单孔管、双孔管及四孔的瓷 管和氧化铝管等。 管和氧化铝管等。选用的材料可根据使用温度范围 而定。 而定。
通常热电偶的热电动势与 温度的关系， 温度的关系，都是规定冷端温 度为0℃ 度为 ℃时，按热电偶的类型 分别制成表格， 分别制成表格，即热电偶的分 度表。 度表。
2.常用电热偶的种类 常用电热偶的种类 热电偶的品种很多， 热电偶的品种很多，其中国际上公认性 能优良、产量最大的七种标准热电偶是： 能优良、产量最大的七种标准热电偶是：分 度号S（铂铑10-铂）、分度号 分度号B（铂铑30-铂 度号 （铂铑 铂）、分度号 （铂铑 铂 6）、分度号 （镍铬 镍硅）、分度号 （铜）、分度号 镍硅）、分度号T（ ）、分度号K（镍铬-镍硅）、分度号 铜镍）、分度号E（镍铬-铜镍）、分度号 ）、分度号 铜镍）、分度号J 铜镍）、分度号 （镍铬 铜镍）、分度号 铜镍） （铁-铜镍）和分度号 （铂铑 铂）。我国 铜镍 和分度号R（铂铑13-铂）。我国 根据IEC标准制定了我国常用热电偶系列。 标准制定了我国常用热电偶系列。 根据 标准制定了我国常用热电偶系列
第2章 常用的传感器和变送器 章 2.1 温度传感器和变送器 2.2 湿度传感器和变送器 2.3 压力传感器和变送器 2.4 流量传感器和变送器
Fra Baidu bibliotek.1 温度传感器和变送器
2.1.1 温度检测的方法和传感器的分类
温度是制冷空调系统中最重要 的参数之一。 的参数之一。 温度测量仪表分为接触式和非 接触式两大类。 接触式两大类。制冷空调系统多采 用接触式测温。 用接触式测温。
接触式测温就是利用冷热程度不 同的物体接触， 必然发生热交换现象。 同的物体接触 ， 必然发生热交换现象 。 热量将由高温物体传给低温物体， 热量将由高温物体传给低温物体 ， 直 到两物体的冷热程度相同， 到两物体的冷热程度相同 ， 即达到热 平衡。 非接触式测温时， 平衡 。 非接触式测温时 ， 利用物体的 热辐射（ 或其他特性） 热辐射 （ 或其他特性 ） ， 通过对辐射 强度（ 或颜色等） 的测量， 强度 （ 或颜色等 ） 的测量 ， 得到被测 物体的温度。 物体的温度。
铜热电阻的缺点是精度不 高温时易氧化， 高，高温时易氧化，化学稳定 性差，但价格便宜。 性差，但价格便宜。因而广泛 用于测量精度要求不高的场合。 用于测量精度要求不高的场合。
3.半导体热敏电阻 半导体热敏电阻 热敏电阻是由半导体材料制成的。 热敏电阻是由半导体材料制成的。与金属导 体热电阻相比，热敏电阻测温灵敏度高， 体热电阻相比，热敏电阻测温灵敏度高，体积 热惯性小，制造工艺比较简单， 小，热惯性小，制造工艺比较简单，价格也比较 便宜。但其测温范围较窄，而且同一型号的热敏 便宜。但其测温范围较窄， 电阻温度特性分散性很大，互换性较差， 电阻温度特性分散性很大，互换性较差，给使用 和维修带来不便。在制冷空调系统中， 和维修带来不便。在制冷空调系统中，常使用具 有负电阻温度系数的热敏电阻， 有负电阻温度系数的热敏电阻，其阻值随温度的 升高而减小，随温度的降低而增大。 升高而减小，随温度的降低而增大。
铠装热电偶的突出优点是 动态特性好，结构小型化， 动态特性好，结构小型化，易 于制成特殊用途的形式， 于制成特殊用途的形式，挠性 能弯曲， 好，能弯曲，可安装在狭窄或 结构复杂的测量场合， 结构复杂的测量场合，已得到 较为广泛的使用。 较为广泛的使用。
2.2 湿度传感器和变送器 在空调自控系统中， 在空调自控系统中，被控的空气湿度和 温度是两个相关的参数。 温度是两个相关的参数。湿度控制也是空调 工程中的核心控制环节。 工程中的核心控制环节。 空气的相对湿度一般由两个参数决定。 空气的相对湿度一般由两个参数决定。 例如：空气的干球温度和湿球温度； 例如：空气的干球温度和湿球温度；空气的 干球温度和露点温度； 干球温度和露点温度；空气的干球温度和水 蒸气分压力； 蒸气分压力；空气中水蒸气分压力和同温度 下空气饱和水蒸气压力等。 下空气饱和水蒸气压力等。因此湿度传感器 应同时测量空气状态的两个参数。 应同时测量空气状态的两个参数。
2.2.1 干、湿球湿度传感器 干、湿球湿度传感器是根据干湿球温度差效应 原理制成的测湿传感器。 原理制成的测湿传感器。 1.干湿球电信号传感器 干湿球电信号传感器 干、湿球电信号传感器是一种将湿度参数转换 成电信号的仪表。它与干、湿球湿度计的工作原理 成电信号的仪表。它与干、 完全相同。 完全相同。主要差别是干球和湿球用两支微型套管 式镍电阻所代替， 式镍电阻所代替，为了减小空气流速对测量的影 还增加一个轴流风扇。 响，还增加一个轴流风扇。同时由于在镍电阻周围 增加了气流速度，使热湿交换速度增大，因而也减 增加了气流速度，使热湿交换速度增大， 小了仪表的时间常数。 小了仪表的时间常数。
温差电动势是同一导体两端因温 度不同而产生的热电动势。 度不同而产生的热电动势。即同一 t 导体（ 或 ）两端温度不同（ 导体（A或B）两端温度不同（t ＞0 ） 时，在高低温端之间便形成一个从 高温端指向低温端的电场。 高温端指向低温端的电场。该电场 将阻止电子继续从高温端跑向低温 最后达到动态平衡。 端，最后达到动态平衡。于是在导 体上便产生一个相应的电位差， 体上便产生一个相应的电位差，称 之为温差电动势。 之为温差电动势。
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为了确保热电偶的使用寿命和测温的准 确性，通常将热电极（包括绝缘子） 确性，通常将热电极（包括绝缘子）用保护 套管保护。 套管保护。 接线盒用于连接热电偶和显示仪表。 接线盒用于连接热电偶和显示仪表。一般 由铝合金制成， 由铝合金制成，接线盒的出线孔和盖子均用 垫片和垫圈加以密封。 垫片和垫圈加以密封。接线盒内用于连接热 电极和导线的螺钉必须紧固， 电极和导线的螺钉必须紧固，以免产生较大 的接触电阻而影响测量的准确性。 的接触电阻而影响测量的准确性。