溫度傳感器實驗

1、實驗二（2）溫度傳感器實驗實驗時間 2017.01.12 實驗編號 無 同組同學 鄧奡1、 實驗?zāi)康?、 了解各種溫度傳感器（熱電偶、鉑熱電阻、PN結(jié)溫敏二極管、半導體熱敏電阻、集成溫度傳感器）的測溫原理；2、 掌握熱電偶的冷端補償原理；3、 掌握熱電偶的標定過程；4、 了解各種溫度傳感器的性能特點并比較上述幾種傳感器的性能。2、 實驗原理1、 熱電偶測溫原理由兩根不同質(zhì)的導體熔接而成的，其形成的閉合回路叫做熱電回路，當兩端處于不同溫度時回路產(chǎn)生一定的電流，這表明電路中有電勢產(chǎn)生，此電勢即為熱電勢。試驗中使用兩種熱電偶：鎳鉻鎳硅（K分度）、鎳鉻銅鎳（E分度）。圖2.3.5所示為熱電偶的工作原理

2、，圖中：T為熱端，為冷端，熱電勢為。熱電偶冷端溫度不為0時（下式中的），需對所測熱電勢進行修正，修正公式為：,即：實際電動勢+測量所得電動勢+溫度修正電勢對熱電偶進行標定時，以K分度熱電偶作為標準熱電偶來校準E分度熱電偶。2、 鉑熱電阻鉑熱電阻的阻值與溫度的關(guān)系近似線性，當溫度在時，,式中：鉑熱電阻在T時的電阻值 鉑熱電阻在0時的電阻值 系數(shù)（=） 系數(shù)（=）3、 PN結(jié)溫敏二極管半導體PN結(jié)具有良好的溫度線性，PN結(jié)特性表達公式為：，式中，為與PN結(jié)結(jié)構(gòu)相關(guān)的常數(shù)； k為波爾茲曼常數(shù)，； e為電子電荷量，； T為被測物體的熱力學溫度（K）。當一個PN結(jié)制成后，當其正向電流保持不變時，PN結(jié)正

3、向壓降隨溫度的變化近似于線性，大約以2mV/的斜率隨溫度下降，利用PN結(jié)的這一特性可以進行溫度的測量。4、 熱敏電阻熱敏電阻是利用半導體的電阻值隨溫度升高而急劇下降這一特性制成的熱敏元件，靈敏度高，可以測量小于0.01的溫差變化。熱敏電阻分為正溫度系數(shù)熱敏電阻PTC、負溫度系數(shù)熱敏電阻NTC和在某一特定溫度下電阻值發(fā)生突然變化的臨界溫度電阻器CTR。實驗中使用NTC，熱敏電阻的阻值與溫度的關(guān)系近似符合指數(shù)規(guī)律，為：。式中：T為被測溫度（K)，為參考溫度（K),為溫度T時熱敏電阻的阻值為溫度時熱敏電阻的阻值B為熱敏電阻的材料常數(shù)，由實驗獲得，一般為20006000K5、 集成溫度傳感器用集成工藝

4、制成的雙端電流型溫度傳感器，在一定溫度范圍內(nèi)按1uA/K的恒定比值輸出與溫度成正比的電流，通過對電流的測量即可知道溫度值(K氏溫度），經(jīng)K氏-攝氏轉(zhuǎn)換電路直接得到攝氏溫度值。3、 實驗過程與結(jié)果1、 熱電偶標定實驗步驟如下：2、 鉑熱電阻測量實驗步驟如下：3、 PN結(jié)溫敏二極管測量實驗步驟如下：4、 半導體熱敏電阻測量實驗步驟如下：5、 集成溫度傳感器測量實驗步驟如下：表1如下所示：給定溫度/405060708090100冷端溫度/22222020212120K型溫度熱電勢/mV0.81.11.61.92.32.73.2冷端補償電勢/mV0.8790.8790.7980.7980.8380.8

5、380.798實際電動勢/mV1.6791.9792.3982.6983.1383.5383.998測量溫度/41495966778798E型溫度熱電勢/mV1.21.82.43.03.64.34.9冷端補償電勢/mV0.8790.8790.7980.7980.8380.8380.798實際電動勢/mV2.0792.6793.1983.7984.4385.1385.698誤差/6454557測量溫度/35455462728291鉑熱電阻輸出電壓/mV6.958.0121.4170.8216270312PN結(jié)溫敏二極管輸出電壓/V0.8140.8560.8980.9530.9871.0461.0

6、84半導體熱敏電阻輸出電壓/V1.7601.41.090.80.6120.450.355集成溫度傳感器輸出電壓/V0.1690.2220.2780.3480.3910.4570.5204、 結(jié)果分析與實驗結(jié)論1、 根據(jù)數(shù)據(jù)分別繪制K型熱電偶和E型熱電偶溫度與熱電勢的關(guān)系曲線2、 將K型熱電偶作為標準熱電偶，計算被測E型熱電偶的誤差3、 做出鉑熱電阻的電壓-溫度曲線，觀察其工作線性范圍4、 做出PN結(jié)溫敏二極管的電壓-溫度曲線，求出靈敏度5、 做出半導體熱敏電阻的電壓-溫度曲線6、 做出集成溫度傳感器的電壓-溫度曲線熱電偶測溫時，理論上任何兩種不同的金屬都可以配成熱電偶，當選用不同的材料時，測溫

7、的范圍、靈敏度、精度、線性度、重復性都會不同。一般情況下，熱電偶測溫的范圍比較大，精度和線性度比較高，重復性和靈敏度也很好。鉑熱電阻測溫范圍比較廣，1200以下都可以，因為系數(shù)B先對于A很小可以被忽略，所以線性度重復性很好，因為有確定的測溫公式，所以靈敏度和精度可以得到很好的保證。PN結(jié)溫敏二極管以PN結(jié)的溫度特性為理論基礎(chǔ)，具有很好的線性度，精度，重復性，測量范圍可以達到很大。半導體熱敏電阻是利用半導體材料的電阻率隨溫度變化的性質(zhì)而制成的溫度敏感元件，測量范圍相對較小，線性度和可重復性較差，但是靈敏度和精度很好。集成溫度傳感器的最大優(yōu)點在于小型化、使用方便、成本低廉，典型的測量范圍-50150,測量精度和靈敏度都很好，線性度在測溫范圍內(nèi)很高，重復性也很好。5、 收獲、體會與建議通過做各種溫度測量儀器的實驗，一次性加深了對