任务导图：

任务描述：

       加热炉是轧钢车间的主要工艺设备之一，加热炉的温度控制过程一般分为预热、加热和均热3 个阶段。 炉内加热过程的温度场特性主要由加热钢种和产品用途来决定。一般情况下，钢坯入炉时，坯料的温度为室温或 700℃左右；出炉时，温度在1120℃-1250℃。由于工艺对温度的要求各有不同，所以需对温度进行精确测量。根据冶金加热炉的温度测量范围，可选择热电偶来检测温度。本任务利用热电偶传感器完成冶金加热炉测温电路的设计和制作，并实现温度的补偿与控制。

                    学习

                    目标

1.掌握热电偶测温的原理；

2.掌握热电偶测温的方法。

1.认识热电偶；

2.学会利用热电偶测量温度。

1.养学生的创新精神与实践能力；

2.进学生个性发展，培养学生分析问题与解决问题的能力；

3.养学生的团队合作精神；

4.养学生的学习能力

任务重点：

热电偶传感器、金属热电阻传感器和热敏电阻的工作原理与结构，温度测量中热电动势和温度之间的计算方法。

任务难点：

(1)什么是热电效应?热电偶测温回路的热电动势由那两部分组成?

(2)热电偶温度传感器主要有哪几部分组成?各部分起什么作用?

(3)试比较金属热电阻和半导体热敏电阻的异同。

教学方法：

演示操作方法、分组讨论法。

教学手段：

播放多媒体资源手段、现场指导。

英语词汇：

热电效应（pyroelectric effect)、 接触电动势（contact emf）、温差电动势（thermoelectromotive force）、热电偶（thermocouple）、

热电极（thermode）

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多媒体资源区

1. PPT

2. 视频

项目6-01温度检测简介

项目6-02冶金加热炉温度检测任务描述

项目6-03温标及测温方法

项目6-04热点效应（删除最后闪现的那一页ＰＰＴ的内容）

项目6-05接触电动势

项目6-06温差电动势

项目6-07热电偶测温原理

项目6-08中间导体定律

项目6-09中间温度定律

项目6-10标准电极定律

项目6-11热电偶的结构

项目6-12标准热电偶与非标准热电偶

项目6-13不同结构形式的热电偶

项目6-14热电偶的温度补偿－补偿导线法

项目6-15热电偶的温度补偿－０℃恒温法

项目6-16热电偶的温度补偿－电桥补偿法

项目6-17热电偶的温度补偿－计算修正法

项目6-18热电偶的温度补偿－软件修正法

项目6-19热电偶的实用测温电路

项目6-20冶金加热炉温度检测任务实施

3. 动画

1、什么是热电势、接触电势和温差电势?

2、说明热电偶测温的原理及热电偶的基本定律。

3、热电偶测温为什么要进行参考端温度补偿?有哪儿种参考端温度补偿方法?

4、试比较热电阻与热敏电阻的异同。

5、如图6-39所示是用的是热电偶哪一种冷端补偿法? 分析其工作原理。

6、已知在其特定条件下材料A与铂配对的热电势EA-Pt(T, T0)=13.967mV, 材料B与铂配对的热电势Eg-pt(T, T0)= 8.345 mV,试求出此条件下材料A与材料B配对后的热电势。

7、用镍铬-镍硅(K)热电偶测温度，已知冷端温度为40C，用高精度毫伏表测得这时的热电动势为29.188 mV,求被测点温度？

1、答：两种不同的金属A和B构成的闭合回路，如果将它们的两个接点中的一个进行加热，使其温度为T，而另一点置于室温T0中，则在回路中会产生的电势就叫做热电势。由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接触处形成的电动势叫做接触电势。温差电势（又称汤姆森电势）是同一导体的两端因其温度不同而产生的一种热电势

2、答：热电偶是一种将温度变化转换为电量变化的装置，它利用传感元件的电磁参数随温度变化的特征来达到测量的目的。通常将被测温度转换为敏感元件的电阻、磁导或电势等的变化，通过适当的测量电路，就可由电压电流这些电参数的变化来表达所测温度的变化。

热电偶的基本定律包括以下三种定律：

（1）中间导体定律：在热电偶回路中，只要中间导体两端的温度相同，那么接入中间导体后，对热电偶的回路的总电势无影响。

（2）参考电极定律：如果导体C热电极作为参考电极，并已知标准电极与任意导体配对时的热电势，那么在相同结点温度（T,T0）下，任意两导体A、B组成的热电偶，其电势可由下式求得 

（3）中间温度定律：在热电偶回路中，两接点温度为T，T0时的热电势，等于该热电偶在接点T、Ta和Ta、T0时的热电势之和，即

3、答：(1)因为热电偶的输出电动势仅反映出两个结点的温度差，为了使输出电动势能正确反映被测温度的真实值，要求参考端恒为0℃，而实际热电偶使用的环境不能保证这点，所以要进行补偿。(2)补偿方法：0℃恒温法、计算修正法、仪表机械零点调整法、电位补偿法、电桥补偿法，冷端延长线法等．

4、答：热电阻将温度转换为电阻值大小的热电式传感器,热电阻传感器是利用导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温的。热电阻传感器的测量精度高；有较大的测量范围，它可测量－200～500℃的温度；易于使用在自动测量和远距离测量中。热电阻由电阻体、保护套和接线盒等部件组成。其结构形式可根据实际使用制作成各种形状。

热敏电阻是由一些金属氧化物，如钴、锰、镍等的氧化物，采用不同比例的配方，经高温烧结而成，然后采用不同的封装形式制成珠状、片状、杆状、垫圈状等各种形状。热敏电阻具有以下优点：①电阻温度系数大，灵敏度高；②结构简单；③电阻率高，热惯性小；但它阻值与温度变化呈非线性，且稳定性和互换性较差。

5、答：图示为电桥补偿法。不平衡电桥(即补偿电桥)的桥臂电阻是由电阻温度系数很小的锰铜丝绕制而成的电阻R1、R2、R3，和电阻温度系数较大的铜丝绕制成的Rcu及稳压电源组成。将带有铜热电阻的补偿电桥与被补偿的热电偶串联，Rcu与热电偶的冷端置于同一温度场。通常取20℃时电桥平衡，电桥输出Uab=0，电桥对仪表的读数无影响。当环境温度高于20℃时，Rcu增加，平衡被破坏，产生一不平衡电压Uab，与热端电势相叠加，一起送入测量仪表。适当选择桥臂电阻和电流的数值，可使电桥产生的不平衡电压Uab正好补偿由于冷端温度变化而引起的热电势变化值。

6、解：根据热电偶基本定律中的参考电极定律可知，当结点温度为T，T0时，用导体A，B组成的热电偶的热电动势等于AC热电偶和CB热电偶的热电动势的代数和，即：

7、解：根据中间温度定律有，

E（T，0）=E（T，40）  E（40，0）查表得：

E（40，0）=1.612mV

所以：

E（T，0）=E（T，40）  E（40，0）=29.188 1.612=30.800mV

查表得知，E（T，0）= 30.800mV时，T=740℃