温度传感器的温度特性研究.doc

温度传感器温度特征研究

实
验
讲
义

前 言
“温度”是一个关键热学物理量, 它不仅和我们生活环境亲密相关, 在科研及生产过程中, 温度改变对试验及生产结果也是至关关键, 所以温度传感器应用更是十分广泛。
【试验目】
1．测量经典温度传感器温度特征。
2．了解温度传感器原理与应用, 学会用温度传感器组装数字式温度测量仪表。
3. 用多个常见温度传感器组装温度测量仪表（显示）与温度控制装置。
【试验仪器】
型物理设计性（热学）试验装置 1套。
【试验原理】
温度传感器是利用部分金属、 半导体等材料与温度相关特征制成。本试验将经过测量常见温度传感器特征物理量随温度改变, 来了解这些温度传感器工作原理。电流型集成电路温度传感器（）:
是一个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。它线性度极好, 温度传感器温度适用范围为, 灵敏度为。它含有高正确度、 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所表示:
图1 图2

等效于一个高阻抗恒流源, 其输出阻抗, 能大大减小因电源电压变动而产生测温误差。
工作电压为, 测温范围是。对应于热力学温度, 每改变, 输出电流改变。其输出电流与热力学温度严格成正比。其电流灵敏度表示式为:
（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 (有多个等级, 通常正确度差异在)。所以, 输出电流微安数值就代表着被测温度热力学温度值（）。电流-温度（）特征曲线如图2所表示: 其输出电流表示式为:
(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)
温度传感器其正确度在整个测温范围内, 线性极好。利用上述特征, 在最简单应用中, 用一个电源, 一个电阻, 一个数字式电压表即可用于温度测量。因为以热力学温度定标, 在摄氏温标应用中, 应该进行转换。
【试验内容】
1、 电流型集成温度传感器（）温度特征测试:
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, 控温系统每隔设置一次, 待控温稳定后, 测试电阻上电压。操作方法同上。

图3
提醒: 因为工作电源只能轮番对加热井或致冷井服务, 所以在使用热电偶时, 自由端基准电压需要另外采取一定方法, 可参考以下方法:
（1）用保温瓶盛放冰水混合物作为自由端基准温度。
（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。
【试验步骤】
1、 按对应试验线路图, 在元件箱中选择适宜元器件;
2、 把元器件合理分布在九孔试验板上, 用导线或短路片连接成实际试验线路;
3、 依据需要温度,把温度传感器插入加热井或致冷井; （在温控仪内控时, 必需把温度控制仪两个插孔用导线短接, 温控仪才能正常工作）
4、 依据需要温度,设置好加热井或致冷井温度;
5、 将不一样温度下测量到传感器输出数据逐一统计到表格中, 待数据处理。
【数据处理】
处理试验数据
表1温度特征测试数据表格
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成设定值所需要时间较长, 通常需要左右, 务必耐心等候。
2．为节省试验时间, 提升试验效率, 同学们能够合理安排试验步骤。
3. 因为外部控制与内部控制是串联, 因另外部控温设置不能超出内部设置值,不然抵达内部设置值后, 外部设置将不能继续实施。
【附录1】FB716-Ⅰ型物理设计性（热学）试验装置使用说明书
通常温度传感器试验仪功效都局限于经过试验过程, 测量并了解温度传感器温度特征, 而对温度传感器应用, 往往只是一笔带过。针对这一情况, 本企业开发这款试验装置, 除了可完成对多个温度传感器温度特征进行测试外, 增加了多个最常见温度传感器实际应用试验功效, 使学生在了解温度传感器特征基础上, 经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方法和技能, 更大地提升学生学习爱好, 更有利于培养学生实际动手能力。
一、 试验装置

二、 关键技术指标
1．温度控制仪:
（1）输入工作电源: ;
（2）输出加热井、 致冷井工作电压: ;
（3）加热井温控范围: 室温, 有强制风冷功效;
（4）致冷井温控范围: 室温（室温不高于）;
（5）可进行外部温度控制（仅适适用于加热井控制）;
（6）四位半数字电压表量程可切换:
① 档 , 分辨率; （最大可测）
② 档 , 分辨率; （最大可测）
2．九孔试验板: ;
3．温度传感器:
（5）集成电路型温度传感器;
（6）理论数值: