傳感器技術應用-教學課件 項目二 溫度傳感器的檢測與應用

項目二

溫度傳感器的檢測與應用01溫度傳感器的認知04熱電偶的制作與測量02熱電阻的測量03熱敏電阻的測量06紅外感應智能燈電路的設計與制作05TN901紅外測溫系統的設計與制作目錄溫度傳感器的認知01自主學習通過微課視頻、網絡資料和微信論壇等工具，了解溫度傳感器的概念和種類，進行討論學習。計劃與決策將溫度變化轉換為電量變化的傳感器。定義接觸式和非接觸式溫度傳感器。分類溫度的數值表示方法，包括攝氏溫標、華氏溫標和熱力學溫標。溫標傳感器檢測系統的組成框圖溫度測量與自動控制系統的組成框圖溫度測量與自動控制系統的應用實例結構圖任務實施汽車上裝有多種溫度傳感器，包括發動機、冷卻液、機油、空調、懸架空氣泵等，用于監測車輛狀態。任務描述01汽車上的傳感器材料準備02查找相關資料，了解汽車上的溫度傳感器的工作原理，并填寫表2-1。任務實施03汽車上的溫度傳感器的特性和工作原理查找相關資料，了解汽車上的溫度傳感器的特性和工作原理，并填寫下表鞏固拓展以學習小組為單位，選擇一種溫度傳感器，講解其應用場合，錄制成視頻上傳至學習平臺。檢查與評價學生以學習小組為單位選擇一種溫度傳感器，講解其應用場合。教師和學生為各個小組打分并點評，建立自我評價、小組評價和教師評價三位一體的多元評價體系。溫度傳感器選擇多元評價體系任務二

熱電阻的測量02自主學習通過微課視頻、網絡資料和微信論壇等工具，了解熱電阻特性及工作原理，進行討論學習。計劃與決策

熱電阻的特性熱電阻是利用金屬導體的電阻隨溫度變化而變化的特性制成的傳感器，可測量溫度。熱電阻分類與原理鉑熱電阻和銅熱電阻是常用的金屬熱電阻，分別用于高精度溫度測量和低溫測溫。熱電阻測量電路兩線制連接方法存在測量誤差，三線制可補償連接導線電阻，但要求一致，四線制不受連接導線影響，得到高準確度溫度測量。電阻式溫度傳感器的分類鉑熱電阻的結構熱電阻測量電路的連接方式（a）兩線制（b）三線制（c）四線制熱電阻常用測量電路（a）兩線制單臂電橋測量電路（b）三線制單臂電橋測量電路（c）四線制恒流源測量電路任務實施測量鉑熱電阻（Pt100）和100Ω色環電阻阻值隨溫度變化的情況。任務描述01鉑熱電阻、精密色環電阻100Ω、玻璃杯、萬用表、測溫計材料準備02在室溫下測量Pt100和色環電阻的電阻值，然后將它們放在沸水中測出阻值，記錄溫度與阻值。任務實施03測量數據鞏固拓展溫度升高，阻值增大，正比關系。Pt100阻值變化原因0℃阻值100Ω，100℃阻值138.5Ω。Pt100阻值Pt100適合做溫度測量。Pt100與色環電阻比較測量誤差、環境因素等。誤差原因檢查與評價01鉑熱電阻阻值隨溫度升高而升高，100Ω色環電阻阻值隨溫度升高而降低。實驗結果02建立自我評價、小組評價和教師評價三位一體的多元評價體系。評價體系任務三

熱敏電阻的測量03自主學習通過微課視頻、網絡查找資料、微信論壇等工具，了解熱敏電阻的定義、分類、外形、特性和應用。計劃與決策熱敏電阻是利用半導體材料的電阻率隨溫度變化而變化的性質制成的，分為PTC、NTC和CTR。熱敏電阻定義分類熱敏電阻分為正溫度系數、負溫度系數和臨界溫度系數，特性各不相同。熱敏電阻特性熱敏電阻檢測分兩步，常溫下測阻值，改變溫度測變化，應用包括正溫系數溫度上下限報警電路。熱敏電阻檢測熱敏電阻的定義與分類熱敏電阻是利用半導體材料的電阻率隨溫度變化而變化的特性制成的，屬于半導體測溫元件。熱敏電阻的種類很多，按電阻值與溫度的關系特性可分為以下三種：熱敏電阻的外形和電路符號熱敏電阻的特性熱敏電阻分為正溫度系數熱敏電阻、負溫度系數熱敏電阻和臨界溫度熱敏電阻三種，其特性各不相同，具體介紹如下： 正溫度系數（PositiveTemperatureCoefficient，PTC）熱敏電阻是指電阻值隨溫度升高而增大的熱敏電阻。 負溫度系數（NegativeTemperatureCoefficient，NTC）熱敏電阻是指電阻值隨溫度升高而減小的熱敏電阻。 臨界溫度熱敏電阻（CriticalTemperatureResistor，CTR）是指電阻值在特定溫度范圍內隨溫度升高而減小3～4個數量級，即具有很大的負溫度系數的熱敏電阻。熱敏電阻的溫度特性曲線熱敏電阻的檢測熱敏電阻的兩種應用電路任務實施觀察和測試兩種類型熱敏電阻的工作特性。任務描述在室溫下測量NTC、PTC熱敏電阻的電阻值，然后將其放在沸水中測試，記錄溫度與阻值。任務實施NTC熱敏電阻、PTC熱敏電阻、玻璃杯、萬用表、測溫計材料準備測量數據先在室溫下使用萬用表分別測量NTC熱敏電阻與PTC熱敏電阻的阻值；然后用手捏住熱敏電阻，等待60s后分別測量其阻值；再將熱敏電阻放到沸水中并分別測量其阻值。記錄室溫、體溫、沸水三種情況下的溫度與對應的熱敏電阻的阻值，并填寫下表：鞏固拓展熱敏電阻阻值變化原因溫度變化導致熱敏電阻材料分子結構變化，從而改變阻值。熱敏電阻阻值與溫度關系NTC熱敏電阻阻值隨溫度升高而降低，呈指數關系；PTC熱敏電阻阻值隨溫度升高而升高，呈指數關系。熱敏電阻類型NTC熱敏電阻為負溫度系數型，PTC熱敏電阻為正溫度系數型。熱敏電阻與熱電阻比較熱敏電阻對溫度變化更敏感。檢查與評價自我評價、小組評價和教師評價相結合，全面評價項目學習效果。多元評價體系NTC熱敏電阻阻值隨溫度升高而降低，PTC熱敏電阻阻值隨溫度升高而升高。實驗結果任務四

熱電偶的制作與測量04自主學習通過微課視頻、網絡資料和討論學習，了解熱電偶測溫原理和測溫電路。計劃與決策熱電偶由熱電極、絕緣套管、保護管和接線盒等組成，如圖2-11所示。知識1熱電偶的結構熱電偶由不同材料的金屬導體或半導體組成，通過測量熱電偶的輸出電動勢，即可測量出所測溫度值。熱電偶測溫原理熱電偶測溫電路包括基本測溫線路、測溫線路和共用儀表的測量線路，可測量單點溫度、兩點之間溫差和平均溫度。熱電偶測溫電路工業熱電偶的結構示意圖熱電偶的組成測溫電路測溫電路任務實施制作簡易熱電偶并測試熱電效應。任務描述0103制作簡易熱電偶，將漆包銅線和康銅線兩端打亮，絞緊連接，測試熱電效應，記錄數據。任務實施02準備元器件、工具清單如表2-5。材料準備測試熱電效應的實驗過程測量數據

將萬用表撥至DC200mV擋，將兩根金屬絲的自由端分別接萬用表的電壓擋。點燃酒精燈，用火焰灼燒簡易熱電偶的絞緊連接點，觀察萬用表讀數的變化，記錄溫度升高過程中萬用表的兩次讀數。熄滅酒精燈后，溫度逐漸下降，觀察萬用表讀數的變化，記錄溫度降低過程中萬用表的兩次讀數。鞏固拓展利用兩種不同金屬的熱電效應，將溫度差異轉化為電壓信號。熱電偶原理停止加熱后，熱端溫度逐漸降低，溫差減小，電壓讀數逐漸減小，最后恢復到初始狀態。熱電偶測試溫度差異越大，產生的電壓越高。熱電效應特點檢查與評價學生分組上臺講解制作過程。簡易熱電偶制作01學生分組上臺講解實驗過程。測量熱電效應實驗02教師和學生為各小組打分并點評，建立自我評價、小組評價和教師評價三位一體的評價體系。多元評價體系03任務五

TN901紅外測溫系統的設計與制作05自主學習通過微課視頻、網絡查找資料和微信、論壇等工具討論學習，了解紅外測溫傳感器的工作原理和應用。計劃與決策紅外測溫傳感器利用紅外線的物理性質來測量溫度，可準確測定物體表面溫度。紅外測溫原理紅外測溫儀利用熱輻射體在紅外波段的輻射通量測量溫度，具有遠距離、非接觸式測量、靈敏度高、準確度高等優點。紅外測溫儀應用紅外熱像儀可透過煙塵、云霧等看清目標，溫度分辨力可達0.05℃，在汽車、電氣、醫學等領域有應用。紅外熱像儀應用TN901紅外數字測溫模塊，測量溫度范圍為-33～220℃，精度為2℃，可與單片機連接進行信號處理，快速精準測量人體體溫。跨學科融合紅外應用紅外線在電磁波譜中的位置紅外測溫的優點遠距離、非接觸式測量，適用于高速、帶電、高溫、高壓等場合。反應速度快，不需要達到熱平衡狀態，反應時間為微秒量級。靈敏度高，紅外輻射能量與溫度T成正比。準確度高，測量誤差可控制在±0.1℃以內。測量范圍廣，可達0～1000℃。紅外測溫儀的應用TN901的外形和產品參數TN901的典型應用任務實施制作TN901紅外測溫傳感器任務描述準備元器件清單如表2-7。材料準備在萬能板上插裝和焊接電路，注意元器件布局和連線，焊接要求可靠，不能出現連焊、虛焊和漏焊現象。任務實施TN901紅外測溫系統電路圖TN901紅外測溫系統的實物裝配與調試結果鞏固拓展1.查找資料，了解紅外自動水龍頭的工作原理。2.查找資料，了解閱報欄自動控制燈的工作原理。街邊閱報欄自動控制燈檢查與評價學生分組派代表上臺講解TN901紅外測溫傳感器電路的裝配過程。裝配過程教師和學生為各個小組打分并點評，建立自我評價、小組評價和教師評價三位一體的多元評價體系。多元評價體系學生分組派代表上臺講解TN901紅外測溫傳感器電路的調試過程。調試過程紅外感應智能燈電路的設計與制作06自主學習通過微課視頻、網絡資料和微信論壇等工具，了解熱釋電紅外傳感器的工作原理和應用。計劃與決策知識

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熱釋電效應當晶體受熱時，兩端會產生數量相等而符號相反的電荷，這種現象稱為熱釋電效應。0102熱釋電紅外傳感器熱釋電紅外傳感器利用材料的熱釋電效應制成，由光學濾鏡、場效應管、紅外感應源、偏置電阻等元件組成。03熱釋電紅外傳感器原理紅外探頭探測人體波長紅外輻射，熱釋電元件對波長敏感，覆蓋菲涅爾透鏡控制干擾，兩片元件接收到的熱量不同，經信號處理后報警。04跨學科測溫識別通過人臉識別門禁系統進行通行權限登記，同時內置紅外非接觸式測溫模塊，實現高效、準確的疫情防控解決方案。熱釋電效應圖解熱釋電紅外傳感器的結構熱釋電紅外傳感器的工作原理人的正常體溫一般約為37℃，人體會輻射波長為10μm左右的紅外線，紅外探頭正是依靠探測人體輻射的紅外線來進行工作的。人體輻射的紅外線經過菲涅耳透鏡后匯聚到紅外感應源上。紅外感應源通常是熱釋電元件。熱釋電元件接收到人體輻射的紅外線，會發生溫度變化從而失去電荷平衡，向外釋放電荷。這些電荷經電路檢測處理后就能產生報警信號。

任務實施任務描述紅外感應智能燈的設計與制作VD1IN4148C3470μC40.22μ材料準備準備元器件清單如表2-8。任務實施利用Proteus軟件模擬電路布局、連線和調試，安裝與調試電路，確保元器件排列整齊、連接線平直，故障排除。紅外感應智能燈電路圖Proteus軟件模擬電路鞏固拓展利用熱釋電紅外傳感器制作感應燈，需實現光控功能，即白天不亮，黑夜有人靠近才亮。制作熱釋電紅外報警器，需實現報警功能。檢查與評價集成溫度傳感器是采用硅半導體集成工藝制成的溫度傳感器，具有線性度好、靈敏度高、輸出信號大、使用方便、性能可靠等優點。AD590、AN6701S、LM35是三種常見的集成溫度傳感器，分別采用電流、電壓型輸出，靈敏度高，可以直接制成溫度計。集成溫度傳感器常用集成溫度傳感器謝謝項目二溫度傳感器01溫度傳感器基礎04任務四

熱電偶02任務二

熱電阻03任務三

熱敏電阻06熱釋電紅外傳感器05任務五

紅外測溫傳感器目錄溫度傳感器基礎01自主學習通過微課視頻、網絡資料和微信論壇等工具，了解溫度傳感器的概念和種類，進行討論學習。計劃與決策將溫度變化轉換為電量變化的傳感器。定義接觸式和非接觸式溫度傳感器。分類溫度的數值表示方法，包括攝氏溫標、華氏溫標和熱力學溫標。溫標任務實施汽車上裝有多種溫度傳感器，包括發動機、冷卻液、機油、空調、懸架空氣泵等，用于監測車輛狀態。任務描述01汽車上的傳感器材料準備02查找相關資料，了解汽車上的溫度傳感器的工作原理，并填寫表2-1。任務實施03鞏固拓展以學習小組為單位，選擇一種溫度傳感器，講解其應用場合，錄制成視頻上傳至學習平臺。檢查與評價學生以學習小組為單位選擇一種溫度傳感器，講解其應用場合。教師和學生為各個小組打分并點評，建立自我評價、小組評價和教師評價三位一體的多元評價體系。溫度傳感器選擇多元評價體系任務二

熱電阻02自主學習通過微課視頻、網絡資料和微信論壇等工具，了解熱電阻特性及工作原理，進行討論學習。計劃與決策知識

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熱電阻的特性熱電阻是利用金屬導體的電阻隨溫度變化而變化的特性制成的傳感器，可測量溫度。熱電阻分類與原理鉑熱電阻和銅熱電阻是常用的金屬熱電阻，分別用于高精度溫度測量和低溫測溫。熱電阻測量電路兩線制連接方法存在測量誤差，三線制可補償連接導線電阻，但要求一致，四線制不受連接導線影響，得到高準確度溫度測量。任務實施測量鉑熱電阻（Pt100）和100Ω色環電阻阻值隨溫度變化的情況。任務描述01鉑熱電阻、精密色環電阻100Ω、玻璃杯、萬用表、測溫計材料準備02在室溫下測量Pt100和色環電阻的電阻值，然后將它們放在沸水中測出阻值，記錄溫度與阻值。任務實施03鞏固拓展溫度升高，阻值增大，正比關系。Pt100阻值變化原因0℃阻值100Ω，100℃阻值138.5Ω。Pt100阻值Pt100適合做溫度測量。Pt100與色環電阻比較測量誤差、環境因素等。誤差原因檢查與評價01鉑熱電阻阻值隨溫度升高而升高，100Ω色環電阻阻值隨溫度升高而降低。實驗結果02建立自我評價、小組評價和教師評價三位一體的多元評價體系。評價體系任務三

熱敏電阻03自主學習通過微課視頻、網絡查找資料、微信論壇等工具，了解熱敏電阻的定義、分類、外形、特性和應用。計劃與決策熱敏電阻是利用半導體材料的電阻率隨溫度變化而變化的性質制成的，分為PTC、NTC和CTR。熱敏電阻定義分類熱敏電阻分為正溫度系數、負溫度系數和臨界溫度系數，特性各不相同。熱敏電阻特性熱敏電阻檢測分兩步，常溫下測阻值，改變溫度測變化，應用包括正溫系數溫度上下限報警電路。熱敏電阻檢測任務實施觀察和測試兩種類型熱敏電阻的工作特性。任務描述在室溫下測量NTC、PTC熱敏電阻的電阻值，然后將其放在沸水中測試，記錄溫度與阻值。任務實施NTC熱敏電阻、PTC熱敏電阻、玻璃杯、萬用表、測溫計材料準備鞏固拓展熱敏電阻阻值變化原因溫度變化導致熱敏電阻材料分子結構變化，從而改變阻值。熱敏電阻阻值與溫度關系NTC熱敏電阻阻值隨溫度升高而降低，呈指數關系；PTC熱敏電阻阻值隨溫度升高而升高，呈指數關系。熱敏電阻類型NTC熱敏電阻為負溫度系數型，PTC熱敏電阻為正溫度系數型。熱敏電阻與熱電阻比較熱敏電阻對溫度變化更敏感。檢查與評價自我評價、小組評價和教師評價相結合，全面評價項目學習效果。多元評價體系NTC熱敏電阻阻值隨溫度升高而降低，PTC熱敏電阻阻值隨溫度升高而升高。實驗結果任務四

熱電偶04自主學習通過微課視頻、網絡資料和討論學習，了解熱電偶測溫原理和測溫電路。計劃與決策熱電偶由熱電極、絕緣套管、保護管和接線盒等組成，如圖2-11所示。知識1熱電偶的結構熱電偶由不同材料的金屬導體或半導體組成，通過測量熱電偶的輸出電動勢，即可測量出所測溫度值。熱電偶測溫原理熱電偶測溫電路包括基本測溫線路、測溫線路和共用儀表的測量線路，可測量單點溫度、兩點之間溫差和平均溫度。熱電偶測溫電路任務實施制作簡易熱電偶并測試熱電效應。任務描述0103制作簡易熱電偶，將漆包銅線和康銅線兩端打亮，絞緊連接，測試熱電效應，記錄數據。任務實施02準備元器件、工具清單如表2-5。材料準備鞏固拓展利用兩種不同金屬的熱電效應，將溫度差異轉化為電壓信號。熱電偶原理停止加熱后，熱端溫度逐漸降低，溫差減小，電壓讀數逐漸減小，最后恢復到初始狀態。熱電偶測試溫度差異越大，產生的電壓越高。熱電效應特點檢查與評價學生分組上臺講解制作過程。簡易熱電偶制作01學生分組上臺講解實驗過程。測量熱電效應實驗02教師和學生為各小組打分并點評，建立自我評價、小組評價和教師評價三位一體的評價體系。多元評價體系03任務五

紅外測溫傳感器05自主學習通過微課視頻、網絡查找資料和微信、論壇等工具討論學習，了解紅外測溫傳感器的工作原理和應用。計劃與決策紅外測溫傳感器利用紅外線的物理性質來測量溫度，可準確測定物體表面溫度。紅外測溫原理紅外測溫儀利用熱輻射體在紅外波段的輻射通量測量溫度，具有遠距離、非接觸式測量、靈敏度高、準確度高等優點。紅外測溫儀應用紅外熱像儀可透過煙塵、云霧等看清目標，溫度分辨力可達0.05℃，在汽車、電氣、醫學等領域有應用。紅外熱像儀應用TN901紅外數字測溫模塊，測量溫度范圍為-33～220℃，精度為2℃，可與單片機連接進行信號處理，快速精準測量人體體溫。跨學科融合紅外應用任務實施制作TN901紅外測溫傳感器任務描述準備元器件清單如表2-7。材料準備在萬能板上插裝和焊接電路，注意元器件布局和連線，焊接要求可靠，不能出現連焊、虛焊和漏焊現象。任務實施鞏固拓展1.查找資料，了解紅外