某实验二十六温度传感器及温度控制某实验.docx

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某实验二十六温度传感器及温度控制某实验

实验二十六温度传感器与温度控制实验（AD590）

一、实验目的

1、熟悉半导体型温度传感器AD590的根本性能。

2、应用AD590实现对温度的检测和简单控制。

二、实验所用单元

温度传感器、温度传感器转换电路板、温度控制电路板、玻璃管水银温度计、直流稳压电源、低压交流电源、数字电压表、位移台架。

三、实验原理与电路

1、温度传感器电路如图26-1所示。

AD590能把温度信号转变为与绝对温度值成正比的电流信号I0，比例因子为1μA/K。

通过运算放大器实现电流运算

，在运算放大器输出端得到与温度成线性关系的电压UO。

通过调节电位器RP1和RP2，可以使UO在被测温度X围内具有适宜数值。

例如被测温度X围为0～100℃，如此可在0℃时，调节RP1使UO为0V；在100℃时，调节RP2使UO为5V，这样被测温度每变化1℃对应UO变化50mV。

图26-1温度传感器实验原理图

在本实验中，由于0℃和100℃这两个温度不便得到，因此温度/电压的标定采用理论值推算的方法。

在0℃下AD590的电流理论值为273.2μA，要使输出电压UO为0V，如此I0与I1相等：

，那么

100℃下AD590的电流理论值为373.2μA，此时要使UO为5V，如此：

，那么

2、如果将转换电路的输出电压连接到加热与温度控制电路中〔图26-2〕的电压比拟器，通过继电器控制保温盒电热元件的通电或断电，这样根据电压比拟器调温端的基准电压大小，就能使保温盒内的温度保持在某一数值X围内。

图26-2加热与温度控制电路图

四、实验步骤

1、固定好位移台架，将温度传感器置于位移台架上，将水银温度计插入温度传感器上方的小孔内，轻靠在温度传感器上。

2、在此实验中，我们用输出电压UO反映实测温度，用温度计作为校核标准。

根据上述理论推算方法，在温度传感器转换电路板上，调整好RP1和RP2的阻值。

3、按照图26-1和图26-2接线，将实验箱〔台〕面板、转换电路板和温度传感器小板上的有关点相连，另外连接E点和Q点，将面板上数字电压表置于20V档，转换电路板上K2打在B2〔低温〕侧。

4、接通电源〔加热电源开关K1断开〕，经过几分钟，等待电路工作稳定，此时实验系统所测量的温度为室温t。

细调RP1使输出电压UO与室温相对应，其数值的关系为

。

5、调节电位器RP4，使温度给定电压为2V，即表示设定温度为40℃，接通加热电源开关，观察升温过程。

在升温过程中，由于温度计的热惯性比AD590小，因此温度计指示值要慢于UO的变化。

此时转换电路板上的红色指示灯VD1灭，继电器J断开，传感器小板上的绿色指示灯亮，表示处于加热过程。

当UO达到2V时，继电器J吸合，断开加热电源，但温度仍会继续稍有上升，然后下降。

当UO降到2V左右时，继电器J断开，接通加热电源，温度仍会继续稍有下降，然后上升。

经过几次这样的循环，温度变化X围会稳定下来。

如果温度计的平均指示值小于40℃，应适当减小RP2的阻值，反之如此要增加。

调整RP2，使温度计的平均指示值尽量接近40℃。

6、调节RP4，使给定电压为2.5V，设定温度为50℃，重复上一步骤。

五、实验报告

1、实验内容中所采用的调节方法：

先调节室温下的RP1，再调节40℃下的RP2，如果不考虑其它因素，这种方法是否是最适宜的？

为什么？

2、说明本实验中的温度控制原理，这种控制方法有什么优缺点？

实验二十七K型热电偶的温度控制实验

一、实验目的

了解K型热电偶的特性与应用。

二、实验所用单元

加热室、K型热电偶〔温度控制用〕、K型热电偶〔测量用〕、温度控制单位、热电偶、热电阻传感器转换板、数字电压表、万用表〔自备〕

三、实验原理与电路

当两种不同的金属组成回路，如二个接点处的温度不同，在回路中就会产生热电势，这就是热电效应。

温度高的接点称为工作端，置于被测温度场，温度低的接点称为冷端〔或自由端〕，冷端的温度为恒温，一般为室温或补偿后的0℃或25℃。

热电偶实验原理图如图27-1所示。

K型热电偶接至差动放大器的输入端，经放大后输出电压由数字电压表显示。

图27-1K型热电偶温度控制实验原理图

四、实验步骤

1、仔细阅读附录中的“温度控制仪表操作说明〞，学会根本参数设定。

2、将温度控制用的热电偶插入加热室的一个传感器安置孔中，热电偶自由端引线插入实验台面板中的标准值输入端，红线为正极。

3、将加热源～16V输出的两根电源线与加热室面板上的输入相连。

4、将转换电路板E、G两端短接并接地，接通电源，调节RP3使OUT2为零，然后断开E、G之间的短接线。

5、按照图27-1进展接线，测量用的K型热电偶放入加热室的另一个插孔中，两根引出线接至电路板上E、G两端，注意引出线带红色套管或红色线的为正极，接至E端，黑色线接至G端。

6、设定温度控制仪的给定值为50℃，接通加热开关，等待温度稳定时，调节Rw2使数字电压表指示值为K型热电偶50℃下分度值的100倍，以便读数〔K型热电偶50℃时的分度值为2.022mV〕，重新设定温度给定值为52℃，等待温度稳定时记录下数字电压表读数，重复进展以上步骤，温度给定值每次增加2℃，将实验结果记入下表中。

表27-1

t（℃）

UO2（mV）

五、实验报告

根据表27-1的实验结果，画出K型热电偶的特性曲线，并计算K型热电偶的非线性误差。

实验二十八热电偶冷端温度补偿实验*

一、实验目的

了解热电偶冷〔自由〕端温度补偿的原理与方法。

二、实验所用单元

热电偶与热电阻传感器转换板、加热室、K型热电偶〔温度控制用〕、冷端温度补偿器、数字电压表、直流稳压电源。

三、实验原理与电路

根据实验二十七，热电偶是一种温差测量传感器。

为直接反映温度的摄氏温度值，需对其自由端进展温度补偿。

热电偶冷端补偿的方法有：

冰水法、恒温槽法、自动补偿法、电桥法，常用的是电桥法图28-1，它是在热电偶和测温仪表之间接入一个直流电桥，称冷端补偿器，补偿器电桥在0℃时达到平衡〔亦有20℃平衡〕。

当热电偶自由端E、G温度升高时〔〉0℃〕热电偶回路的电势Uab下降，由于补偿器中PN结呈负温度系数，其正向压降随温度升高而下降，促使Uab上升，其值正好补偿热电偶因自由端温度升高而降低的电势，达到补偿目的。

图28-1冷端温度补偿原理图

四、实验步骤

1、仔细阅读附录中的“温度控制仪表操作说明〞，学会根本参数设定。

按实验二十七①、⑥步操作。

2、将冷端温度补偿器0℃上的热电偶K、E插入加热室另一插孔中，在补偿器③、④端加上补偿器电源＋5V，将冷端补偿器的①、②端接入数字电压表，重复实验二十七⑥步的加温过程，记录电压表的数据。

五、实验报告

1、将上述数据与实验二十七中的结果比拟，分析补偿前后数据，参照热电偶分度表，计算因补偿后恀使自由温度下降而产生的温差值。

2、上述的温差值代表什么含义？

实验二十九E型热电偶的温度控制实验

一、实验目的

了解E型热电偶的特性与应用。

二、实验所用单元

加热室、K型热电偶〔温度控制用〕、E型热电偶〔测量用〕、温度控制单位、热电偶、热电阻传感器转换板、数字电压表、万用表〔自备〕

三、实验原理与电路

实验与电路参见实验二十七，本实验测量E型热电偶的特性。

四、实验步骤

按实验二十七的步骤进展操作，将实验结果记入下表中，E型热电偶在50℃时的分度值为3.047mV。

表29-1

t（℃）

UO2（mV）

五、实验报告

1、根据表29-1的实验结果，画出E型热电偶的特性曲线，并计算E型热电偶的非线性误差。

2、比拟K型热电偶与E型热电偶的特性。

实验三十铂热电阻的温度控制实验

一、实验目的

了解铂热电阻的特性与应用。

二、实验所用单元

加热室、K型热电偶、Pt100铂热电阻、温度控制仪、热电偶、热电阻传感器转换板、数字电压表、万用表〔自备〕

三、实验原理与电路

利用导体电阻随温度变化的特性，可以通过测量电路将电阻的变化转换为电压输出，达到测量温度的目的。

铂热电阻用于温度测量时，要求其材料电阻温度系数大、稳定性好、电阻率高，电阻与温度之间最好呈线性关系。

常用的有铂热电阻和铜热电阻，铂热电阻的阻值与温度的关系为：

Rt＝R0（1＋At＋Bt2），其中Rt为温度t下的阻值，R0为0℃下的阻值，铂热电阻一般采用三线连接，其中一端接二根引线主要是为消除引线电阻对测量结果的影响。

铂热电阻实验原理图如图30-1所示。

铂热电阻与R1、R2、R4组成直流电桥，经差动放大器放大后输出电压由数字电压表显示。

图30-1铂热电阻温度控制实验原理图

四、实验步骤

1、按实验二十七的步骤①至③进展操作。

2、按照图30-1进展接线，铂热电阻的三根引线接至Rt输入的A、B两端上：

用万用表欧姆档测出铂热电阻三根引线中短接的二根引线，将其接到B端。

3、将转换电路板E、G两端短接并接地，接通电源，调节RP3使OUT2为零。

4、将E、G两端按照图30-1接至桥路输出，调节RP1使电桥平衡，OUT2为零。

5、设定温度控制仪的给定值为50℃，将铂热电阻插入加热源另一个插孔中，接通加热开关，等待温度稳定时记录下数字电压表读数，重新设定温度给定值为52℃，等待温度稳定时记录下数字电压表读数，重复进展以上步骤，温度给定值每次增加2℃，将实验结果记入下表中。

表30-1

t（℃）

UO2（mV）

五、实验报告

1、根据表30-1的实验结果，画出铂热电阻的特性曲线，并计算铂热电阻的非线性误差。

2、在选用热电阻时，需要考虑哪些因素？

实验三十一铜热电阻的温度控制实验

一、实验目的

了解铜热电阻的特性与应用。

二、实验所用单元

加热室、K型热电偶、铜热电阻、温度控制单位、热电偶、热电阻传感器转换板、数字电压表、万用表〔自备〕

三、实验原理与电路

实验原理与电路图参见实验三十，注意铜热电阻接至桥路的C、D两端。

四、实验步骤

按实验三十的步骤进展操作，将实验结果记入下表中。

表31-1

t（℃）

UO2（mV）

五、实验报告

1、根据表31-1的实验结果，画出铜热电阻的特性曲线，并计算铜热电阻的非线性误差。

2、比拟铂热电阻与铜热电阻的特性有何不同之处。