温度传感器的温度特性研究.doc

温度传感器的温度特性研究 实 验 讲 义 前 言 “温度”是一个重要的热学物理量，它不仅和我们的生活环境密切相关，在科研及生产过程中，温度的变化对实验及生产的结果也是至关重要的，所以温度传感器的应用更是十分广泛的。 【实验目的】 1．测典型温度传温型物理设计性（热学）实验装置 1套。 【实验原理】 温度传感器是利用一些金属、半导体等材料与温度相关的特性制成的。本实验将通过测量常用的温度传感器的特征物理量随温度的变化，来了解这些温度传感器的工作原理。电流型集成电路温度传感器（）是一种电流型集成电路温度传感器。其输出电流大小与温度成正比。它的线性度极好，温度传感器的温度适用范围为，灵敏度为。它具有高准确度、动态电阻大、响应速度快、线性好、使用方便等特点。是一个二端器件，符号如图1所示： 图1 图2 等效于一个高阻抗的恒流源，其输出阻抗，能大大减小因电源电压变动而产生的测温误差。 的工作电压为，测温范围是。对应于热力学温度，每变化，输出电流变化。其输出电流与热力学温度严格成正比。其电流灵敏度表达式为： （7） 式（7）中分别为波尔兹曼常数和电子电量，是内部集成化电阻。将代入（9）中得 到 （8） 在时其输出为 (有几种级别，一般准确度差异在)。因此， 的输出电流的微安数值就代表着被测温度的热力学温度值（）。的电流-温度（）特性曲线如图2所示：其输出电流表达式为： (9) 式（9）中为灵敏度，为时输出电流。如需显示摄氏温标则要加温标转换电路，其关系式为： (10) 温度传感器其准确度在整个测温范围内，线性极好。利用的上述特性，在最简单的应用中，用一个电源，一个电阻，一个数字式电压表即可用于温度的测量。由于以热力学温度定标，在摄氏温标应用中，应该进行的转换。 【实验内容】 1、电流型集成温度传感器（）温度特性的测试： 按图3接线，在环境温度高于摄氏零度时，先把温度传感器放入致冷井中，利用半导体致冷把温度降到，并以此温度作为起点进行测量，每隔测量一次，直到需要待测温度高于环境温度时，就把温度传感器转移到加热干井中，然后开启加热器，控温系统设温稳后，测试电阻上电压。操作方法同上。 图3 提示：由于工作电源只能轮流对加热井或致冷井服务，所以在使用热电偶时，自由端的基准电压需要另外采取一定措施，可参照以下方法： （1）用保温瓶盛放冰水混合物作为自由端的基准温度。 （2）以室温作为基准温度，以作为温度差，测量并计算温差电动势。 【实验步骤】 1、按相应的实验线路图，在元件箱中选取合适的元器件； 2、把元器件合理分布在九孔实验板上，用导线或短路片连接成实际实验线路； 3、根据需要温度,把温度传感器插入加热井或致冷井；（在温控仪内控时，必须把温度控制仪的两个插孔用导线短接，温控仪才能正常工作） 4、根据需要温度,设置好加热井或致冷井温度； 5、将不同温度下测量到的传感器的输出数据逐一记录到表格中，待数据处理。 【数据处理】 处理实验数据 表1温度特性测试数据表格 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 为从电阻上测得电压换算所得（，用最小二乘法进行直线拟合得： ， 。 【注意事项】 1．温控仪温度稳定地达到设定值所需要的时间较长，一般需要左右，务必耐心等待。 2．为节省实验时间，提高实验效率，同学们可以合理安排实验步骤。 3. 由于外部控制与内部控制是串联的，所以外部控温设置不能超过内部设置值,否则到达内部设置值后，外部设置将不能继续执行。 【附录1】FB716-Ⅰ型物理设计性（热学）实验装置使用说明书 一般温度传感器实验仪的功能都局限于通过实验过程，测量并了解温度传感器的温度特性，而对温度传感器的应用，往往只是一笔带过。针对这一状况，本公司开发的这款实验装置，除了可完成对多种温度传感器的温度特性进行测试外，增加了多种最常用的温度传感器的实际应用的实验功能，使学生在了解温度传感器特性的基础上，通过组装温度测试仪表和温度控制装置，了解并掌握其实际应用的方法和技能，更大地提高学生的学习兴趣，更有利于培养学生的实际动手能力。 一、实验装置 二、主要技术指标 1．温度控制仪： （1）输入工作电源：； （2）输