溫度傳感器實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)二（2）溫度傳感器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)時(shí)間 2017.01.12 實(shí)驗(yàn)編號(hào) 無 同組同學(xué) 鄧奡1、 實(shí)驗(yàn)?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(dǎo)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(bǔ)償原理；3、 掌握熱電偶的標(biāo)定過程；4、 了解各種溫度傳感器的性能特點(diǎn)并比較上述幾種傳感器的性能。2、 實(shí)驗(yàn)原理1、 熱電偶測溫原理由兩根不同質(zhì)的導(dǎo)體熔接而成的，其形成的閉合回路叫做熱電回路，當(dāng)兩端處于不同溫度時(shí)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(yàn)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(shí)（下式中的），需對(duì)所測熱電勢進(jìn)行修正，修正公式為：,即：實(shí)際電動(dòng)勢+測量所得電動(dòng)勢+溫度修正電勢對(duì)熱電偶進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，以K分度熱電偶作為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶來校準(zhǔn)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(dāng)溫度在時(shí)，,式中：鉑熱電阻在T時(shí)的電阻值 鉑熱電阻在0時(shí)的電阻值 系數(shù)（=） 系數(shù)（=）3、 PN結(jié)溫敏二極管半導(dǎo)體PN結(jié)具有良好的溫度線性，PN結(jié)特性表達(dá)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(xué)溫度（K）。當(dāng)一個(gè)PN結(jié)制成后，當(dāng)其正向電流保持不變時(shí)，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(jìn)行溫度的測量。4、 熱敏電阻熱敏電阻是利用半導(dǎo)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(fù)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(shí)驗(yàn)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(shí)熱敏電阻的阻值為溫度時(shí)熱敏電阻的阻值B為熱敏電阻的材料常數(shù)，由實(shí)驗(yàn)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(duì)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(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果1、 熱電偶標(biāo)定實(shí)驗(yàn)步驟如下：2、 鉑熱電阻測量實(shí)驗(yàn)步驟如下：3、 PN結(jié)溫敏二極管測量實(shí)驗(yàn)步驟如下：4、 半導(dǎo)體熱敏電阻測量實(shí)驗(yàn)步驟如下：5、 集成溫度傳感器測量實(shí)驗(yàn)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(bǔ)償電勢/mV0.8790.8790.7980.7980.8380.8

5、380.798實(shí)際電動(dòng)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(bǔ)償電勢/mV0.8790.8790.7980.7980.8380.8380.798實(shí)際電動(dòng)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(dǎo)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(shí)驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)熱電偶，計(jì)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(dǎo)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(shí)，理論上任何兩種不同的金屬都可以配成熱電偶，當(dāng)選用不同的材料時(shí)，測溫

7、的范圍、靈敏度、精度、線性度、重復(fù)性都會(huì)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(fù)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?yàn)橄禂?shù)B先對(duì)于A很小可以被忽略，所以線性度重復(fù)性很好，因?yàn)橛写_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(fù)性，測量范圍可以達(dá)到很大。半導(dǎo)體熱敏電阻是利用半導(dǎo)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(duì)較小，線性度和可重復(fù)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(diǎn)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(fù)性也很好。5、 收獲、體會(huì)與建議通過做各種溫度測量儀器的實(shí)驗(yàn)，一次性加深了對(duì)