传感器系列实验.docVIP

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