《传感器与检测技术》温度测量实验报告.docx

传感器与检测技术》温度测量实验报告课程名称：传感器与检测技术 实验类型:验证型实验实验项目名称： 一、 实验目的和要求（必填）PN 结温度传感器测温实验：了解 PN 结温度传感器的特性及工作情况热电偶测温性能实验：了解热电偶测量温度的性能与应用范围二、 实验内容和原理（必填）PN 结温度传感器测温实验：晶体二极管或三极管的 PN 结电压是随温度变化的例如硅管的 PN 结的结电压在温度每 升高1°C时，下降约2.1mV,利用这种特性可做成各种各样的PN结温度传感器它具有 线性好、时间常数小（0.2〜2秒），灵敏度高等优点，测温范围为-50°C〜+150°C其不足之 处是离散性大，互换性较差热电偶测温性能实验：热敏电阻分成两类：PTC热敏电阻（正温度系数）与NTC热敏电阻（负 温度系数）一般 NTC 热敏电阻测量范围较宽，主要用于温度测量；而 PTC 突变型热敏电阻的温度范围较窄，一般用于恒温加热控制或温度开关，有些 功率 PTC 也作为发热元件用 PTC 缓变型热敏电阻可用于温度补偿或作温 度测量一般的NTC热敏电阻测温范围为：-50°C — +300°C热敏电阻具有体 积小、重量轻、热惯性小、工作寿命长、价格便宜，并且本身阻值大，不需 要考虑引线长度带来的误差，适用于远距离传输等优点。

但热敏电阻也有： 非线性大、稳定性差、有老化现象、误差较大、一致性差等缺点一般只适 于低精度的温度测量三、需用器件与单元：加热器、热敏电阻、可调直流 稳压电源、 +15V 不可调直流稳压电源、 电压/频率表、主、副电源、液晶温 度表三、 主要仪器设备PN 结温度传感器测温实验：需用器件与单元：主、副电源、可调直流稳压电源、+15V不可调直流稳压电源、差动放大 器、电压放大器、电压/频率表、加热器、电桥、液晶温度表、 PN 结传感器 热电偶测温性能实验：K型、E型热电偶、温度测量控制仪、温度源、差动放大器、电压表、直流稳压电源+15V四、 操作方法与实验步骤PN 结温度传感器测温实验：1、 了解 PN 结、加热器、电桥在实验仪所在的位置及它们的 符号观察 PN 结传感器结构，用数字万用表“二极管”档，测量 PN 结 正反向的结电压，得出其结果2、 开启主、副电源，将差放输出短接接地调零，关闭主、副电源3、 可调直流稳压电源调到±4V档，将V+插口用所配的专用51K 电阻线与 PN 结传感器的正向端相连，并根据图 8-1 接好放大 电路，差放增益最小（逆时针到底，1 倍），电压/频率表量程置 2V 档， 将电压放大器幅度调到 4.5 倍，打开液晶温度计开关。

4、 检测无误后开启主、副电源，调节 W1 电位器，使电压/ 频率表显示为零，同时记下此时液晶温度表显示的室温值 t5、 将+15V接入加热器上端，下端接地，打开加热器开关，观 察电压/频率表读数的变化因为 PN 结温度传感器的温度变化灵敏度约为-2.1Mv/°C,随着温度的升高，其PN结电压将下降4V,该AV 电压经差动放大器隔离传递（增益为 1），至电压放大器放大 4.5 倍， 此时的系统灵敏度S~10mV/°C待电压表读数稳定后，即可利用这一 结果，将电压值转换成温度值，从而演示出加热器在 PN 结温度传感器处产生的温度值（At）此时，该点的温度为At+t电辭电压/■麵车若瓦护•-曲网曉图8-1 PN结实验接线原理示意图热敏电偶演示实验:1、将温控表上的“加热”和“冷却”拨到内控，将K、E热电偶插到温度源的 插孔中，K型的自由端接到温度控制仪上标有传感器字样的插孔中 然后将温度源的航空插头插入实验箱侧面的航空插头，将实验箱的 +15V电压、地接到温度源的2-24V上，将实验箱的多功能控制器DO 两端接到温度源的风机电源Di上2、首先将差动放大器的输入端短 接并接到地，然后将放大倍数顺时针旋转到底，调节调零电位器使输出 电压为零。

去掉输入端的短接线，将E型热电偶的自由端与差动放大 器的输入端相接（红色接正，蓝色接负），同时E型热电偶的蓝色接线 端子接地3、 开启电源，观察温控表的温度值to'并记录（室温），调节 调零电位器使输出电压为零4、 调节温度仪表的温度值T=40□，等温度稳定后记录电压 值5、 重新设定温度值为40口+“厶,建议△t=5D,n=1 7,每隔 1n读出数显表输出电压值与温度值，并记入表8-1中表8-1 E型热电偶电势（经放大120倍）与温度数据（考虑到热电偶的 精度及处理电路的本身误差，分度表的对应值可能有一定的偏差）T+n・AtV (mv)6、在上述步骤确定放大倍数为120倍后，也可通过公式来计 算得到温度与电势的关系不改变放大倍数，用温控表记录室温to'， 从附表中查到相应的热电势V由E（t,t°）=E（t,t°'）+E （ to'，to ） =Vo'+Vo/120计算得到E（t,t°）,再根据E（t,to）的值从附表3中查到相 应的温度并与实验得出的温度对照热电偶一般应用于测量较高温 度，不能只看绝对误差）五、 实验数据记录和处理PN 结温度传感器测温实验T+n・At4045505560657075V (mv)443415406391373356334308热敏电偶演示实验：表 8 -1 E 型热电偶电势（经放大 120 倍）与温度数据（ 考虑到热电偶的 精度及处理电路的本身误差，分度表的对应值可能有一定的偏差）T+n・At4045505560657075V (mv)0.0660.0780.0890.1000.1110.1230.1350.146六、 实验结果与分析（必填）PN 结温度传感器测温实验：在恒流供电条件下，正向压降几乎随温度升高而线性下降，可以改善线性度的方法大致有两种：1、对管的两个be结分别在不同电流IF1,F2下工作，由此获得两者电压之差（VF1-VF2） 与温度成线性函数关系2、利用函数发生器，使IF比例于绝对温度的r次方，则vF — T的线性理论误差为0热敏电偶演示实验：热电偶的测温原理是基于热电效应,将两种不同的导体连成闭合回路,则当两个接点处温度不同时,回 路中将产生热电势。

当冷端温度TO保持不变的时候，总的热电势只与热端温度T成一-定的函数关系，则我 们可以通过测量热电势得到待测的温度 T七、 讨论和心得在本次实验中，我们了解到了 PN 结温度传感器的特性和工作情况；晶体二极管或 三极管的 PN 结电压是随温度变化的同时我们也了解到了热电偶测量温度的性能 与应用范畴；明白了热电偶测温的原理是利用热电效应这次的实验很顺利,没有遇 到太大问题感谢助教的帮助和老师上课的讲解、同组同学的合作这次实验说明 热电偶和 PN 结在工业生产中可以发挥很大作用。