溫度傳感器論文72471

1、.溫度傳感器論文 徐彬杰（四川大學(xué) 物理學(xué)院 學(xué)號(hào)：1142021030）摘要: 溫度是表征物體冷熱程度的物理量。溫度只能通過(guò)物體隨溫度變化的某些特性來(lái)間接測(cè)量。測(cè)溫傳感器就是將溫度信息轉(zhuǎn)換成易于傳遞和處理的電信號(hào)的傳感器。傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品,尤其是溫度傳感器被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和生活等領(lǐng)域,數(shù)量高居各種傳感器之首。半導(dǎo)體傳感器是利用某些半導(dǎo)體的電阻隨溫度變化而變化的特性制成的。半導(dǎo)體具有很寬的溫度反應(yīng)特性,各種半導(dǎo)體的溫度反應(yīng)區(qū)段不同。本文主要論述了通過(guò)使用dh-sj5溫度傳感器實(shí)驗(yàn)裝置探究幾種不同類型的溫度傳感器的原理和溫度特性。本文主要討論了dh-sj5通過(guò)使用d

2、h-sj5溫度傳感器實(shí)驗(yàn)裝置探索一些不同類型的溫度傳感器原理及溫度特性。關(guān)鍵詞：溫度傳感器，dh-sj5恒溫裝置，九孔板一、溫度傳感器概述溫度是一個(gè)基本的物理量,自然界中的一切過(guò)程無(wú)不與溫度密切相關(guān)。溫度傳感器是最早開(kāi)發(fā),應(yīng)用最廣的一類傳感器。溫度傳感器的市場(chǎng)份額大大超過(guò)了其他的傳感器。在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下,相繼開(kāi)發(fā)了半導(dǎo)體熱電偶傳感器、pn結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器。二 、溫度傳感器的類型2.1電阻式傳感器熱電阻式傳感器是利用導(dǎo)電物體的電阻率隨溫度而變化的效應(yīng)制成的傳感器。熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)器。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。它分為金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱電阻兩大類。金屬

3、熱電阻的電阻值和溫度一般可以用以下的近似關(guān)系式表示，即 rt=rt01+ (t-t0) 式中，rt為溫度t時(shí)的阻值；rt0為溫度t0（通常t0=0）時(shí)對(duì)應(yīng)電阻值；為溫度系數(shù)。 半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值和溫度關(guān)系為 式中rt為溫度為t時(shí)的阻值；a、b取決于半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)的常數(shù)。常用的熱電阻有鉑熱電阻、熱敏電阻和銅熱電阻。其中鉑電阻的測(cè)量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。 金屬鉑具有電阻溫度系數(shù)大，感應(yīng)靈敏；電阻率高，元件尺寸??；電阻值隨溫度變化而變化基本呈線性關(guān)系；在測(cè)溫范圍內(nèi)，物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，長(zhǎng)期復(fù)現(xiàn)性好，測(cè)量精度高，是目前公認(rèn)制造熱電阻的最好材料。但鉑在高溫

4、下，易受還原性介質(zhì)的污染，使鉑絲變脆并改變電阻與溫度之間的線性關(guān)系，因此使用時(shí)應(yīng)裝在保護(hù)套管中。用鉑的此種物理特性制成的傳感器稱為鉑電阻溫度傳感器，利用鉑的此種物理特性制成的傳感器稱為鉑電阻溫度傳感器，通常使用的鉑電阻溫度傳感器零度阻值為100，電阻變化率為0.3851/，tcr=(r100-r0)/(r0100) ，r0為0的阻值，r100為100的阻值，按iec751國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，溫度系數(shù)tcr=0.003851，pt100（r0=100）、pt1000（r0=1000）為統(tǒng)一設(shè)計(jì)型鉑電阻。鉑熱電阻的特點(diǎn)是物理化學(xué)性能穩(wěn)定。尤其是耐氧化能力強(qiáng)、測(cè)量精度高、應(yīng)用溫度范圍廣，有很好的重現(xiàn)性，是中低

5、溫區(qū)（-200650）最常用的一種溫度檢測(cè)器。精品. 熱敏電阻(thermally sensitive resistor,簡(jiǎn)稱為thermistor),是對(duì)溫度敏感的電阻的總稱，是一種電阻元件，即電阻值隨溫度變化的電阻。一般分為兩種基本類型：負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻ntc（negative temperature coefficient）和正溫度系數(shù)熱敏電阻ptc（positive temperature coefficient）。ntc熱敏電阻表現(xiàn)為隨溫度的上升，其電阻值下降；而ptc熱敏電阻正好相反。ntc熱敏熱電阻大多數(shù)是由mn(錳)、ni(鎳)、co(鈷)、fe(鐵)、cu(銅)等金屬的氧化

6、物經(jīng)過(guò)燒結(jié)而成的半導(dǎo)體材料制成。因此，不能在太高的溫度場(chǎng)合下使用。不竟然，其使用范圍有的也可以達(dá)到了-200700，但一般的情況下，其通常的使用范圍在-100300。 ntc熱敏熱電阻熱響應(yīng)時(shí)間一般跟封裝形式、阻值、材料常數(shù)（熱敏指數(shù)）、熱時(shí)間常數(shù)有關(guān)。材料常數(shù)（熱敏指數(shù)）b值反映了兩個(gè)溫度之間的電阻變化，熱敏電阻的特性就是由它的大小決定的，b值（k）被定義為：；rt1：溫度t1（k）時(shí)的零功率電阻值；rt2：溫度t2（k）時(shí)的零功率電阻值；t1，t2：兩個(gè)被指定的溫度（k）。對(duì)于常用的ntc熱敏電阻，b值范圍一般在2000k6000k之間。熱時(shí)間常數(shù)是指在零功率條件下，當(dāng)溫度突變時(shí)，熱敏電阻

7、的溫度變化了始未兩個(gè)溫度差的63.2%時(shí)所需的時(shí)間。熱時(shí)間常數(shù)與ntc熱敏電阻的熱容量成正比，與其耗散系數(shù)成反比。這兩種熱敏電阻均具有特定的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，以應(yīng)用于不同的領(lǐng)域。而銅（cu50）熱電阻測(cè)溫范圍小，在-50150范圍內(nèi)，穩(wěn)定性好,便宜;但體積大,機(jī)械強(qiáng)度較低。銅電阻在測(cè)溫范圍內(nèi)電阻值和溫度呈線性關(guān)系，溫度線數(shù)大，適用于無(wú)腐蝕介質(zhì)，超過(guò)150易被氧化。通常用于測(cè)量精度不高的場(chǎng)合。銅電阻有r0=50和r0=100兩種，它們的分度號(hào)為cu50和cu100。其中cu50的應(yīng)用最為廣泛。2.2半導(dǎo)體溫度傳感器pn結(jié)半導(dǎo)體溫度傳感器是利用半導(dǎo)體pn結(jié)的溫度特性制成的。 其工作原理是pn結(jié)兩端的電壓

8、隨著溫度的升高而減少。pn結(jié)溫度傳感器則具有靈敏度高、線性好、熱響應(yīng)快和體積輕巧等特點(diǎn)，尤其是溫度數(shù)字化、溫度控制以及用微機(jī)進(jìn)行溫度實(shí)時(shí)訊號(hào)處理等方面，乃是其它溫度傳感器所不能比擬的。目前結(jié)型溫度傳感器主要以硅為材料，原因是硅材料易于實(shí)現(xiàn)功能化，即將測(cè)溫單元和恒流、放大等電路組合成一塊集成電路。美國(guó)motorola公司在1979年就開(kāi)始生產(chǎn)測(cè)溫晶體管及其組件，如今靈敏度高達(dá)100mv、分辨率不低于0.1的硅集成電路溫度傳感器。但是以硅為材料的這類溫度傳感器也不是盡善盡美的，在非線性不超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值0.5的條件下，其工作溫度一般為-50150，與其它溫度傳感器相比，測(cè)溫范圍的局限性較大，如果采用不同

9、材料如銻化銦或砷化鎵的pn結(jié)可以展寬低溫區(qū)或高溫區(qū)的測(cè)量范圍。八十年代中期我國(guó)就研制成功sic為材料的pn結(jié)溫度傳感器，其高溫區(qū)可延伸到500，并榮獲國(guó)際博覽會(huì)金獎(jiǎng)。 2.3晶體溫度傳感器 晶體溫度傳感器是利用晶體的各向異性，并通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)那懈罱嵌惹懈疃?，這是一種可將溫度轉(zhuǎn)換成頻率的傳感器，這種傳感器用于計(jì)算機(jī)測(cè)量時(shí)可省去模數(shù)轉(zhuǎn)換。因此，適合于計(jì)算機(jī)測(cè)溫的應(yīng)用。 2.4非接觸型溫度傳感器 非接觸型溫度傳感器是利用物體表面散發(fā)出來(lái)的光或熱來(lái)進(jìn)行測(cè)量的。常用的非接觸型傳感器多數(shù)是紅外傳感器，適合于高速運(yùn)行物體、帶電體、高溫及高壓物體的溫度測(cè)量。 這種紅外測(cè)溫傳感器具有反應(yīng)速度快、靈敏度高、測(cè)量

10、準(zhǔn)確、測(cè)溫范圍廣泛等特點(diǎn)。2.5熱電式傳感器1、熱電偶測(cè)溫基本原理 將兩種不同的金屬絲一端熔合起來(lái)，如果給它們的連結(jié)點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)之間提供不同的溫度，就會(huì)產(chǎn)生電壓，即熱電勢(shì)。這種現(xiàn)象叫做塞貝克效應(yīng)。將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體a和b焊接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，如圖2-1所示。當(dāng)導(dǎo)體a和b的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),因而在回路中形成一個(gè)大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來(lái)工作的，屬有源傳感精品.器。它能將溫度直接轉(zhuǎn)換成熱電勢(shì)。熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測(cè)元件之一。其優(yōu)點(diǎn)是：（1）測(cè)量精度高。因熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。 （2）測(cè)

11、量范圍廣。測(cè)溫范圍極寬、從-270的極低溫度到 2600的超高溫度都可以測(cè)量，而且在6002000的溫 圖2-1度范圍內(nèi)可以進(jìn)行精確的測(cè)量（600以下時(shí)，鉑電阻的測(cè)量精度更高）。某些特殊熱電偶最低可測(cè)到-269（如金鐵鎳鉻），最高可達(dá)+2800（如鎢-錸）。（3）構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開(kāi)頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來(lái)非常方便。（4）測(cè)溫精度高、準(zhǔn)確、可靠、性能穩(wěn)定、熱慣性小。通常用于高溫爐的測(cè)量和快速測(cè)量方面。 2、熱電偶的種類及結(jié)構(gòu)形成(1)熱電偶的種類常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類。所調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢(shì)與

12、溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級(jí)上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒(méi)有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場(chǎng)合的測(cè)量。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶 我國(guó)從1988年1月1日起，熱電偶和熱電阻全部按iec國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并指定s、b、e、k、r、j、t七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶。(2)熱電偶的結(jié)構(gòu)形式 為了保證熱電偶可靠、穩(wěn)定地工作，對(duì)它的結(jié)構(gòu)要求如下： 組成熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固。 兩個(gè)熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣，以防短路。 補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接要方便可靠。 保護(hù)套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離。3、熱電偶

13、冷端的溫度補(bǔ)償由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時(shí)），而測(cè)溫點(diǎn)到儀表的距離都很遠(yuǎn)，為了節(jié)省熱 電偶材料，降低成本，通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷 端（自由端）延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，連接到 儀表端子上。必須指出，熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動(dòng)到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對(duì)測(cè)溫的影響，不起補(bǔ)償作用。因此，還需采用其他修正方法來(lái)補(bǔ)償冷端溫度t00時(shí)對(duì)測(cè)溫的影響。在使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)必須注意型號(hào)相配，極性不能接錯(cuò)，補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶連接端的溫度不能超過(guò)100。 2.6光纖溫度傳感器 光纖溫度傳感器分為相位調(diào)制型光纖溫度傳感器（靈敏度高）

14、、熱輻射光纖溫度傳感器（可監(jiān)視一些大型電氣設(shè)備，如電機(jī)、變壓器等內(nèi)部熱點(diǎn)的變化情況）和傳光型光纖溫度傳感器（體積小、靈敏度高、工作可靠、易制作）。 2.7液壓溫度傳感器 這種傳感器流體受熱會(huì)產(chǎn)生膨脹，膨脹程度與所加的熱量成正比。在根據(jù)液壓原理制成的溫度傳感器中，最普通的就是大家熟悉的水銀溫度計(jì)。 2.8智能溫度傳感器 智能溫度傳感器由于在一個(gè)芯片上集成有溫度傳感器、處理器、存儲(chǔ)器、a/d轉(zhuǎn)換器等部件。 因此，這類傳感器具有判斷和信息處理能力，并可對(duì)測(cè)量值進(jìn)行各種修正和誤差補(bǔ)償，同時(shí)還帶有自診斷、自校準(zhǔn)功能，可大大提高系統(tǒng)的可靠性，并能和計(jì)算機(jī)直接聯(lián)機(jī)。三、dh-sj5溫度傳感器實(shí)驗(yàn)裝置概述 d

15、h-sj5型溫度傳感器實(shí)驗(yàn)裝置是以分離的溫度傳感器探頭元器件，單個(gè)電子元件，以九孔板為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)來(lái)測(cè)量溫度的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)裝置。該實(shí)驗(yàn)裝置提供了多種測(cè)溫方法，自行設(shè)計(jì)測(cè)溫電路來(lái)測(cè)量溫度傳感器的溫度特性。實(shí)驗(yàn)配有鉑電阻pt100、熱敏電阻（ntc和ptc）、精品.銅電阻cu50、銅-康銅熱電偶、pn結(jié)、ad590和lm35等溫度傳感器。本實(shí)驗(yàn)裝置采用智能溫度控制器控溫。具有以下的特點(diǎn)：1、控溫精度高、范圍廣、加熱所需的溫度可自由設(shè)定，采用數(shù)字顯示。2、使用低電壓恒流加熱、安全可靠、無(wú)污染。加熱電流連續(xù)可調(diào)。3、本儀器提供的是單個(gè)分離的溫度傳感器，形象直觀，給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)了很大的方便，可對(duì)不同傳感器的溫度特

16、性進(jìn)行比較，更易于掌握它們的溫度特性。4、采用九孔板作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，提供設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。5、加熱爐配有風(fēng)扇，在做降溫實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可采用風(fēng)扇快速降溫。6、整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新穎，緊湊合理，外型美觀大方。主要技術(shù)指標(biāo)1、 電源電壓：ac220v10%(50/60hz)2、 工作環(huán)境：溫度040，相對(duì)濕度80%的無(wú)腐蝕性場(chǎng)合3、 控溫范圍：室溫1204、 溫度控制精度：0.25、 分辯率： 0.16、 控制方式：先進(jìn)的pid控制溫控儀與恒溫爐的連線 圖3-1pt100的插頭與溫控儀上的插座顏色對(duì)應(yīng)得相連接。紅紅；黃黃；藍(lán)藍(lán)。四、課題研究4.1本課題將進(jìn)行四個(gè)實(shí)驗(yàn)，分別研究了熱電阻溫度傳感器（pt100鉑電阻、cu

17、50銅電阻和熱敏電阻（ntc和ptc）的溫度特性及其測(cè)溫原理；研究熱電偶的溫差電動(dòng)勢(shì)；pn結(jié)正向壓降與溫度關(guān)系的研究和應(yīng)用；集成溫度傳感器（ad590和lm35）的測(cè)溫原理，及其溫度特性。其中本論文著重介紹電阻溫度傳感器的溫度特性。五、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和探究.pt100鉑電阻的測(cè)溫原理金屬鉑(pt)的電阻值隨溫度變化而變化,并且具有很好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性，利用鉑的此種物理特性制成的傳感器稱為鉑電阻溫度傳感器，通常使用的鉑電阻溫度傳感器零度阻值為100，電阻變化率為0.3851/。鉑電阻溫度傳感器精度高，穩(wěn)定性好，應(yīng)用溫度范圍廣，是中低溫區(qū)（-200650）最常用的一種溫度檢測(cè)器，不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，

18、而且被制成各種標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)（涵蓋國(guó)家和世界基準(zhǔn)溫度）供計(jì)量和校準(zhǔn)使用。精品.按iec751國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)， 溫度系數(shù)tcr=0.003851，pt100（r0=100）、pt1000（r0=1000）為統(tǒng)一設(shè)計(jì)型鉑電阻。 tcr=(r100-r0)/(r0100) （1）100時(shí)標(biāo)準(zhǔn)電阻值r100=138.51。100時(shí)標(biāo)準(zhǔn)電阻值r1000=1385.1。pt100鉑電阻的阻值隨溫度變化而變化計(jì)算公式：-200t0 rt=r01+at+bt2+c(t-100)t3 （2）0t850 rt=r0（1+at+b） （3）rt在t時(shí)的電阻值；r0時(shí)的電阻值 。式中a、b、c的系數(shù)各為： a=3.908021

19、0-3c-1 ；b=-5.80210-7c-2 ；c=-4.2735010-12c-4。由（3）式可知，在0100時(shí)，pt100的電阻rt大小與溫度t是成二次函數(shù)關(guān)系的，二次項(xiàng)系數(shù)為r0 ，一次項(xiàng)系數(shù)為a r02、熱敏電阻溫度特性原理(ntc型)熱敏電阻是阻值對(duì)溫度變化非常敏感的一種半導(dǎo)體電阻，它有負(fù)溫度系數(shù)和正溫度系數(shù)兩種。負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻(ntc)的電阻率隨著溫度的升高而下降(一般是按指數(shù)規(guī)律)；而正溫度系數(shù)熱敏電阻(ptc)的電阻率隨著溫度的升高而升高；金屬的電阻率則是隨溫度的升高而緩慢地上升。熱敏電阻對(duì)于溫度的反應(yīng)要比金屬電阻靈敏得多，熱敏電阻的體積也可以做得很小，用它來(lái)制成的半導(dǎo)

20、體溫度計(jì)，已廣泛地使用在自動(dòng)控制和科學(xué)儀器中，并在物理、化學(xué)和生物學(xué)研究等方面得到了廣泛的應(yīng)用。在一定的溫度范圍內(nèi)，半導(dǎo)體的電阻率r和溫度t之間有如下關(guān)系： (5)式中a1和b是與材料物理性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)，t為絕對(duì)溫度。對(duì)于截面均勻的熱敏電阻，其阻值rt可用下式表示： (6) 式中rt的單位為，r的單位為cm ，為兩電極間的距離，單位為cm，s為電阻的橫截面積，單位為cm2。將(5)式代入(6)式，令，于是可得： (7)對(duì)一定的電阻而言，a和b均為常數(shù)。對(duì)(7)式兩邊取對(duì)數(shù)，則有 (8)與成線性關(guān)系，在實(shí)驗(yàn)中測(cè)得各個(gè)溫度t的rt值后，即可通過(guò)作圖求出b和a值，代入(7)式，即可得到rt的表達(dá)式。

21、式中rt為在溫度t(k)時(shí)的電阻值()，a為在某溫度時(shí)的電阻值()，b為常數(shù)(k)，其值與半導(dǎo)體材料的成分和制造方法有關(guān)。精品.圖5-1表示了熱敏電阻(ntc)與普通電阻的不同溫度特性。 3、cu50銅電阻溫度特性原理 銅電阻是利用物質(zhì)在溫度變化時(shí)本身電阻圖5 生變化的特性來(lái)測(cè)量溫度的。銅電阻的受熱部分（感溫元件）是用細(xì)金屬絲均勻地雙繞在絕緣材料制成的骨架上，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)中有溫度梯度存在時(shí)，所測(cè)得的溫度是感溫元件所在范圍內(nèi)介質(zhì)層中的平均溫度。.實(shí)驗(yàn)過(guò)程1.方法：我們采用了用萬(wàn)用表直接測(cè)量法，改變溫度，用萬(wàn)用表測(cè)出溫度傳感器電阻，并記錄下來(lái)。實(shí)驗(yàn)的電路圖:2.操作：將溫度傳感器直接插在溫度傳感器實(shí)

22、驗(yàn)裝置的恒溫爐中。在傳感器的輸出端用數(shù)字萬(wàn)用表直接測(cè)量其電阻值。本實(shí)驗(yàn)的熱敏電阻ntc溫度傳感器25的阻值5k；ptc溫度傳感器25的阻值350。在不同的溫度下，觀察pt100鉑電阻、熱敏電阻（ntc和ptc）和cu50銅電阻的阻值的變化，從室溫到120（注：ptc溫度實(shí)驗(yàn)從室溫到100。），每隔5(或自定度數(shù))測(cè)一個(gè)數(shù)據(jù)，將測(cè)量數(shù)據(jù)逐一記錄在表格內(nèi)。3.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)記錄1pt100鉑電阻數(shù)據(jù)記錄 室溫 25 序 號(hào)12345678910溫度（）25303540455055606570r/ 109.90111.80113.64115.58117.42119.33121.22123.13124.

23、50125.87序 號(hào)11121314151617181920溫度（）7580859095100105110115120r/127.66129.80131.98133.84135.75137.50139.33141.24143.08144.97數(shù)據(jù)記錄2ntc負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻數(shù)據(jù)記錄 室溫 25 序 號(hào)12345678910溫度（）25303540455055606570r/4.9424.0763.4582.8552.4042.0091.7021.4401.2381.033精品.序 號(hào)11121314151617181920溫度（）7580859095100105110115120r/0.8

24、870.7640.6550.5610.4870.4230.3710.3230.2850.255數(shù)據(jù)記錄3ptc正溫度系數(shù)熱敏電阻數(shù)據(jù)記錄 室溫 25 序 號(hào)12345678910溫度（）25 30 3540455055606570r/0.34310.34440.34880.35700.37020.38940.41690.45670.48780.5865序 號(hào)11121314151617181920溫度（）7580859095100105110115120r/0.70260.88421.17881.80843.00407.847018.435數(shù)據(jù)記錄4cu50銅電阻數(shù)據(jù)記錄 室溫 25 序 號(hào)1

25、2345678910溫度（）25303540455055606570r/55.7556.7357.6358.6559.6060.6061.5762.5763.5664.63序 號(hào)11121314151617181920溫度（）7580859095100105110115120r/65.6266.7667.7368.7269.7870.6771.7772.7773.8074.874.結(jié)論5.2.4.1pt100的rt- t圖精品.分析：橫軸為溫度，縱軸為電阻值。當(dāng)溫度t=100時(shí)，rt 的理論值為138.51，而從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格中我們可以看到，rt 的實(shí)際值為137.50，可見(jiàn)直接用萬(wàn)用表直測(cè)

26、存在一定誤差。但并不影響總體上的規(guī)律。由（3）式0t850 rt=r0（1+at+b）可知，電阻rt 是與溫度t存在二次關(guān)系的，但同時(shí)注意到，式中二次項(xiàng)和一次項(xiàng)系數(shù)a和b，a=3.9080210-3c-1 ；b=-5.80210-7c-2， 可見(jiàn)a比b大四個(gè)數(shù)量級(jí)，所以一次項(xiàng)系數(shù)起注意影響，二次項(xiàng)系數(shù)就可以忽略。這就是為什么得出的rt- t圖像似乎是直線。從圖中我們得出大致斜率k=0.3652，與理論的電阻變化率0.3851/大致保持一致。此實(shí)驗(yàn)說(shuō)明pt100鉑電阻溫度傳感器在0t120 這個(gè)溫度區(qū)間是與溫度成線性關(guān)系的。鉑電阻溫度傳感器精度高，穩(wěn)定性好。誤差分析：如上所述，在t=100時(shí)，r

27、t 的理論值為138.51，rt 的實(shí)際值為137.50；大致斜率k=0.3652，理論的電阻變化率0.3851/。這兩個(gè)誤差是在試驗(yàn)中溫度未必達(dá)到恒溫，dh-sj5恒溫爐裝置在到達(dá)設(shè)定溫度前加熱電流變小或者為0，但并不代表溫度沒(méi)有微小的變化，而要想溫度一直恒定在某個(gè)值，則需要很長(zhǎng)時(shí)間和減少外界溫度影響。加之?dāng)?shù)字萬(wàn)用表又是很精密的儀器，在微小的電阻變動(dòng)都能察覺(jué)，所以造成誤差。5.2.4.2精品.分析：由（8）式可知，與成線性關(guān)系，在實(shí)驗(yàn)中測(cè)得各個(gè)溫度t的rt值后，即可通過(guò)作圖求出b和a值，代入(7)式，即可得到rt的表達(dá)式。式中rt為在溫度t(k)時(shí)的電阻值()，a為在某溫度時(shí)的電阻值()，b

28、為常數(shù)(k)，其值與半導(dǎo)體材料的成分和制造方法有關(guān)。帶如兩組數(shù)據(jù)可以算出b=-128.91，a=0.1525。所以熱敏電阻(ntc)的rt-t圖不成線性關(guān)系，且可以得知ntc為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。現(xiàn)在來(lái)討論另一正溫度系數(shù)熱敏電阻ptc的溫度特性。5.2.4.3分析：可見(jiàn)在80以前rt 和t是呈線性變化的，且電阻變化很小，但一旦超過(guò)80，rt 就隨t的增大而劇增。可以得出結(jié)論，正溫度系數(shù)熱敏電阻ptc傳感器溫度范圍小，有一定局限性。討論了兩種熱敏電阻，下面看看普通金屬電阻的問(wèn)的特性。5.2.4.4精品.分析：這是cu50的rt t圖?？梢郧宄目吹剑瑘D線是一條直線，所以rt 和t是是呈線性關(guān)系的

29、。這圖對(duì)比熱敏電阻的rt -t圖，可得到圖5-3的圖線，也可以了解兩種電阻的溫度特性的區(qū)別。 5.3熱電偶溫差電動(dòng)勢(shì)測(cè)量與研究 1、熱電偶測(cè)溫原理 熱電偶亦稱溫差電偶，是由a、b兩種不同材料的金屬絲的端點(diǎn)彼此緊密接觸而組成的。當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)處于不同溫度時(shí)(如圖3-6)，在回路中就有直流電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，該電動(dòng)勢(shì)稱溫差電動(dòng)勢(shì)或熱電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)組成熱電偶的材料一定時(shí)，溫差電動(dòng)勢(shì)ex僅與兩接點(diǎn)處的溫度有關(guān)，并且兩接點(diǎn)的溫差在一定的溫度范圍內(nèi)有如下近似關(guān)系式： ex( t-t0 ) （1）式中稱為溫差電系數(shù)，對(duì)于不同金屬組成的熱電偶,是不同的，其數(shù)值上等于兩接點(diǎn)溫度差為1時(shí)所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。t為工作端 的溫度，t0為

30、冷端的溫度。 圖3-6 為了測(cè)量溫差電動(dòng)勢(shì)，就需要在圖3-6的回路中接入電位差計(jì)，但測(cè)量?jī)x器的引入不能影響熱電偶原來(lái)的性質(zhì)，例如不影響它在一定的溫差t-t0下應(yīng)有的電動(dòng)勢(shì)ex值。要做到這一點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)保證一定的條件。根據(jù)伏打定律，即在a、b兩種金屬之間插入第三種金屬c時(shí)，若它與a、b的兩連接點(diǎn)處于同一溫度t0(圖3-6)，則該閉合回路的溫差電動(dòng)勢(shì)與上述只有a、b兩種金屬組成回路 時(shí)的數(shù)值完全相同。 所以，我們把a(bǔ)、b兩根不同化學(xué)成份的金屬絲的一圖3-7 端焊在一起，構(gòu)成熱電偶的熱端(工作端)。將另兩端各與銅引線(即第三種金屬c)焊接，構(gòu)成兩個(gè)同溫度(t0)的冷端(自由端)。銅引線與電位差計(jì)相連

31、，這樣就組成一個(gè)熱電偶溫度計(jì)。如圖3-7所示。通常將冷端置于冰水混合物中，保持t0 = 0，將熱端置于待測(cè)溫度處，即可測(cè)得相應(yīng)的溫差電動(dòng)勢(shì)，再根據(jù)事先校正好的曲線或數(shù)據(jù)來(lái)求出溫度t。熱電偶溫度計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是熱容量小，靈敏度高，反應(yīng)迅速，測(cè)溫范圍廣，還能直接把非電學(xué)量溫度轉(zhuǎn)換成電學(xué)量。因此，在自動(dòng)測(cè)溫、自動(dòng)控溫等系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。在本實(shí)驗(yàn)的熱點(diǎn)偶為銅-康銅熱點(diǎn)偶，屬于t型熱點(diǎn)偶。其測(cè)溫范圍270400；優(yōu)點(diǎn)有：熱電動(dòng)勢(shì)的直線性好；低溫特性良好；再現(xiàn)性好，精度高；但是(+)端的銅易氧化。2.實(shí)驗(yàn)過(guò)程按圖3-7所示原理連接線路，將熱電偶的冷端置于冰水混合物中之中，確保t0 =0。測(cè)溫端直接插在恒溫爐內(nèi)

32、。此過(guò)程是為了求出0 。然后開(kāi)啟溫控儀電源，給熱端加溫。每隔10左右測(cè)一組(t，ex)，直至100為止。再做一次降溫測(cè)量，即先升溫至100，然后每降低10測(cè)一組(t，ex)，再取升溫降溫測(cè)量數(shù)據(jù)的平均值作為最后測(cè)量值。精品.1熱電偶定標(biāo)數(shù)據(jù)記錄 室溫t_18.3_ ent=_0.07m_v t0 = 0 序 號(hào)12345678910溫度t()30405060708090100電動(dòng)勢(shì)(mv)1.281.682.072.502.953.373.824.24序 號(hào)11121314151617181920溫度t()10090807060504030電動(dòng)勢(shì)(mv)4.163.733.302.872.45

33、2.011.581.162作出熱電偶定標(biāo)ext曲線分析：電動(dòng)勢(shì)隨著溫度的升高而增大，并且與溫度呈線性關(guān)系。這樣做出了定標(biāo)曲線，熱電偶便可以作為溫度計(jì)使用了。5.3集成溫度傳感器1.實(shí)驗(yàn)原理 集成溫度傳感器實(shí)質(zhì)上是一種半導(dǎo)體集成電路，它是利用晶體管的b-e結(jié)壓降的不飽和值vbe與熱力學(xué)溫度t和通過(guò)發(fā)射極電流i的下述關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè)：式中，k波爾茲常數(shù)；q電子電荷絕對(duì)值。集成溫度傳感器具有線性好、精度適中、靈敏度高、體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。集成溫度傳感器的輸出形式分為電壓輸出和電流輸出兩種。電壓輸出型的靈敏度一般10mv/k，溫度0時(shí)輸出為0，溫度25時(shí)輸出2.982v。電流輸出

34、型的靈敏度一般為1ua/k。 基本應(yīng)用電路圖5-11是ad590用于測(cè)量熱力學(xué)溫度的基本應(yīng)用電路。因?yàn)榱鬟^(guò)ad590的電流與熱力學(xué)溫度成正比，當(dāng)電阻r為1k時(shí)，輸出電壓v0隨溫度的變化為1mv/k。但由于ad590的增益有偏差，電阻也有誤差，因此應(yīng)對(duì)電路進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整的方法為：把a(bǔ)d590放于冰水混合物中，調(diào)整電位器r精品.2，使v0=273.2mv?；蛟谑覝叵?25)條件下調(diào)整電位器,使v0=273.2+25=298.2（mv）。但這樣調(diào)整只可保證在0或25附近有較高精度。 圖5-11數(shù)據(jù)記錄1ad590數(shù)據(jù)記錄 室溫 25 序 號(hào)12345678910溫度（）253030404550556

35、06570v0.30110.30620.31150.31260.32120.32660.33180.33520.34200.3472序 號(hào)11121314151617181920溫度（）7580859095100105110115120v0.35240.35720.36240.36850.37350.37910.38420.38910.39450.3990分析：電壓隨著溫度的升高而增大，并且電壓與溫度成線性關(guān)系。六、結(jié)語(yǔ) 通過(guò)溫度傳感器的四個(gè)小實(shí)驗(yàn)，繪制出了各種溫度傳感器的溫度特性。同時(shí)與實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行對(duì)照，了解到各種溫度傳感器工作原理和與理論值得差距，進(jìn)而分析了誤差的來(lái)源。同時(shí)，還學(xué)會(huì)了更好的應(yīng)用萬(wàn)用表和精品.dh-sj5恒溫爐參考文獻(xiàn)1綜合設(shè)計(jì)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)說(shuō)明書。 2大學(xué)物理綜合實(shí)驗(yàn)新