温度传感器实验报告.docx
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温度传感器实验报告
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温度传感器实验
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电容式传感器实验
蔡达
38030414
温度传感器实验
蔡达38030414
一．实验目的
了解各种温度传感器（热电偶、铂热电阻、PN结温敏二极管、半导体热敏电阻、集成温度传感器）的测温原理；
掌握热电偶的冷端补偿原理；
掌握热电偶的标定过程；
了解各种温度传感器的性能特点并比较上述几种传感器的性能。
二．实验仪器
温度传感器实验模块，热电偶（K型、E型），CSY2001B型传感器系统综合实验台（以下简称主机），温控电加热炉，连接电缆，万用表：
VC9804A，附表笔及测温探头，万用表：
VC9806，附表笔
三．实验原理
（1）热电偶测温原理
由两根不同质的导体熔接而成的闭合回路叫做热电回路，当其两端处于不同温度时则回路中产生一定的电流，这表明电路中有电势产生，此电势即为热电势。
图1中T为热端，To为冷端，热电势
。
（2）热电偶的标定
以K分度热电偶作为标准热电偶来校准E分度热电偶，被校热电偶热电势与标准热电偶热电势的误差为
。
（3）热电偶的冷端补偿
热电偶冷端温度不为0℃时，需对所测热电势值进行修正，修正公式为：
即：
实际电动势＝测量所得电势＋温度修正电势
（4）铂热电阻
铂热电阻的阻值与温度的关系近似线性，当温度在0℃≤T≤650℃时，RT=R0（1+AT+BT2）
式中：
RT——铂热电阻T℃时的电阻值
RO——铂热电阻在0℃时的电阻值
A——系数（=3.96847×10-31/℃）
B——系数（＝-5.847×10-71/℃2）
将铂热电阻作为桥路中的一部分在温度变化时电桥失衡便可测得相应电路的输出电压变化值。
（5）PN结温敏二极管
半导体PN结具有良好的温度线性，根据PN结特性表达公式
可知，当一个PN结制成后，其反向饱和电流基本上只与温度有关，温度每升高一度，PN结正向压降就下降2mv，利用PN结的这一特性可以测得温度的变化。
（6）热敏电阻
热敏电阻是利用半导体的电阻值随温度升高而急剧下降这一特性制成的热敏元件。
它呈负温度特性，灵敏度高，可以测量小于0.01℃的温差变化。
（7）集成温度传感器
用集成工艺制成的双端电流型温度传感器，在一定的温度范围内按1μA/K的恒定比值输出与温度成正比的电流，通过对电流的测量即可得知温度值（K氏温度），经K氏-摄氏转换电路直接显示℃温度值。
四．实验数据记录及处理
（1）热电偶标定实验步骤
给定温度/
40
50
60
70
80
90
100
冷端温度/
22
22
22
22
22
22
22
K
型
温
度
热电势/mv
1.3
1.9
2.4
3.0
3.5
4.2
4.9
冷端补偿电势/mv
0.879
0.879
0.879
0.879
0.879
0.879
0.879
测量温度/
53
68
80
94
106
124
141
E
型
温
度
热电势/mv
2.0
2.8
3.8
4.6
5.7
6.7
7.8
冷端补偿电势/mv
1.313
1.313
1.313
1.313
1.313
1.313
1.313
误差/mv
-0.108
-0.125
0.153
0.121
0.483
0.535
0.678
测量温度/
54
67
82
94
110
124
141
根据数据分别绘制K型热电偶和E型热电偶温度与热电势的关系曲线
将K型热电偶作为标准热电偶，计算被测热电偶E型热电偶的误差。
计算结果填于表中。
（2）铂热电阻
温度/
40
50
60
70
80
90
100
输出电压/V
0
0.2
0.347
0.550
0.815
1.008
1.166
铂电阻在40
~100
均在工作在线性状态。
（3）PN结温敏二极管
温度/
40
50
60
70
80
90
100
输出电压/mV
0
7.6
15.8
22.0
27.5
34.0
40.2
灵敏度
（4）半导体热敏电阻
温度/
40
50
60
70
80
90
100
输出电压/mV
1.483
1.210
1.055
0.865
0.651
0.537
0.433
（5）集成温度传感器
温度/
40
50
60
70
80
90
100
输出电压/V
0.395
0.420
0.453
0.494
0.537
0.593
0.640
五．温度传感器分析
热电偶温度传感器测量范围
，精度
，线性度需要至少四次多项式或等效的对照表，灵敏度数十
。
热电阻温度传感器测量范围
，精度
，线性度需要至少二次多项式或等效的对照表，灵敏度
。
PN结温敏二极管温度传感器测量范围
，精度
，线性度保持正向电流不变时近似线性，灵敏度
。
热敏电阻温度传感器测量范围
，精度
，线性度需要至少三次多项式或等效的对照表，灵敏度
。
集成温度传感器测量范围
，精度
，在
范围内无需线性化，灵敏度
。
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