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传感器系列实验.doc

发布:2018-05-15约6.48千字共8页下载文档
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传感器原理及应用系列实验 热电传感器—热电偶 一.实验目的: 观察了解热电偶的结构,熟悉热电偶的工作特性,学会查阅热电偶分度表。 二.实验原理: 热电偶是热电式传感器的一种,它可将温度变化转化成电势的变化,其工作原理是建立在热电效应的基础上的。即将两种不同材料的导体组成一个闭合回路,如果两个结点的温度不同,回路中将产生一定的电流(电势),其大小与材料的性质和结点的温度有关。因此只要保持冷端温度T0不变,当加热结点时,热电偶的输出电势E会随温度T变化,通过测量此电势即可知道两端温差,从而实现温度的测量。 电势E和温度T之间的关系是利用分度表的形式来表达的。分度表通常是在热电偶的冷端温度T0=0℃条件下测得,所以在使用热电偶时,只有满足T0=0℃的条件,才能直接使用分度表。在实际工况环境中,由于冷端温度不是0℃而是某一温度Tn,因此在使用分度表前要对所测电动势进行修正。 E (T,T0) = E (T,Tn) + E (Tn,T0) 即: 实际电动势 = 仪表指示值 + 温度修正值 式中E为热电偶的电动势,T为热电偶的热端温度,Tn为热电偶参考端所处的温度,T0为0℃。 三.实验所需部件: 铜-康铜制成的热电偶、加热器、差动放大器、2V数字电压表 四.实验步骤: 调节差动放大器输出为零。开启仪器总电源并将仪器左下角的±15V电源开关置于“开”的位置。差动放大器增益置100倍(顺时针方向旋到底)。“+、-”输入端用实验线对地短路。输出端接数字电压表,用“调零”电位器调整差动放大器输出电压为零,然后拔掉实验线。调零后,差动放大器的两个电位器的位置不要变化。 将热电偶接入差动放大器的双端输入,记录数字表显示的电压值,为 V。此时室温为 ℃,即 K。打开加热开关。 随温度的上升,观察差动放大器输出电压的变化,每1~2min记录一次电压值,待温度不再上升时(达到相对的热稳定状态),记录电压表读数,并求出温度值。实验中最后电压为 V,对应的温度为 K。实验中的详细数据见实验三。 注意:本仪器所使用的热电偶是由两只铜-康铜热电偶串接而成的,热电偶的冷端为室温,放大器的增益为100倍,计算热电势时应考虑进去。 热敏电阻测温度 一.实验目的: 观察了解热敏电阻的结构,熟悉热敏电阻的工作特性,学会使用热敏电阻测温。 二.实验原理: 热敏电阻是热电式传感器的一种,它可将温度变化转化为电阻变化以达到测量温度的目的。热敏电阻是利用半导体材料制成的热敏元件,它具有灵敏度高,可以应用于各领域的优点。热电偶一般测高温线性较好,热敏电阻则用于200℃以下温度较为方便。 本实验中所用热敏电阻为负温度系数。其定义为热敏电阻在其自身温度变化1℃时,电阻值的相对变化量,可用下式表示为: 式中B为热敏电阻常数。本实验所用的热敏电阻B=3200K。 负温度系数的热敏电阻其特性可以表示为: 式中RT、RT0分别为温度T和T0时的电阻值。 因此当温度变化时,热敏电阻阻值的变化将导致由运放组成的压/阻变换电路的输出电压变化,其关系可表示为: 式中UT、U T0分别为温度T和T0时的压/阻变换电路的输出电压值。 根据上面两式: 三.实验所需部件: 热敏电阻RT、温度变换器、20V数字电压表、温度计 四.实验步骤: 1.观察装于悬臂梁上封套内的热敏电阻,将热敏电阻接入温度变换器RT端口,调节“增益”旋钮,使加热前电压输出V0端的输出电压值尽可能大但不饱和,此时的实验值为 U T0 = V。 2.用温度计测出环境温度, T0= K。(用国际温标) 3.打开加热器,观察温度变化器V0端输出电压的变化情况,每1~2min记录一次电压值,待电压稳定后记下最终UT值,为 V。实验中的详细数据见实验三。 4.计算每点的温度T值,热敏电阻温度系数α值: = /K PN结温度传感器 一.实验目的: 熟悉PN结温度传感器的工作特性,学会使用PN结温度传感器测温。 二.实验原理: PN结半导体温度传感器是利用二极管的PN结正向电流和温度的关系得到外加电压与温度的近似关系,也可用晶体三极管基极与发射极之间PN结的温度效应。这种传感器具据有线性度好、精度高、使用方便的优点,其测温范围在-50~200℃。 1.PN结正向电压与温度的关系 根据半导体器件原理流经PN结的正向电流ID与其正向压降VD有如下关系: 式中,Is为反向饱和电流,VD为PN结的正向压降,q为电子电量,K为玻耳兹曼常数,T为绝对温度。 则: 因此,当ID保持不变时,PN结的正向压降与温度T成正比。 2.集成温度传感器 本实验使用AD590电流型PN结集成温度传感器,其输出电流正比于绝对温度。0℃时
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