温度传感器实验报告

摘要：本次实验重点设计了实验研究部分温度传感器的温度特性，在了解了其测温原理的基础上对它们的温度变化特点进行了探究。关键词：温度传感器，测温原理，温度特性，工作温度金属铂(Pt)制成的铂电阻温度传感器，通常使用的铂电阻温度传感器零度阻值为100Ω（即Pt100），电阻变化率为0.3851Ω/℃。该种温度传感器精度高，应用温度范围广，是中低温区（-200～650℃）最常用的一种温度检测器，本实验即采用这种铂电阻作为标准测温器件来定标其他温度传感器的温度特性曲线。按IEC751国际标准，铂电阻温度系数TCR定义为：TCR=(R100-R0)/(R0×100)其中R100和R0分别是100℃和0℃时标准电阻值（R100=138.51Ω，R0=100.00Ω），代入上式可得到Pt100的TCR为0.003851。Pt100铂电阻的阻值随温度变化的计算公式如下：Rt=R0[1+At+Bt2+C(t-100)t3](-200℃t0℃)Rt=R0（1+At+Bt2）(0℃t850℃)式中Rt在t℃时的电阻值，系数A、B、C为：A=3.908×10-3℃-1；B=-5.802×10-7℃-2；C=-4.274×10-12℃-4。为了减小导线电阻带来的附加误差，在本实验中，对用作标准测温器件的Pt100采用三线制接法。另外，对外电路接入引起的温度读数偏移也要注意在使用前进行校准。热敏电阻温度传感器，热敏电阻是一种半导体电阻，有正温度系数和负温度系数两种，对温度的变化非常敏感，本次实验中用NTC和PTC两种热敏电阻作为实验材料。T满足如下关系：TBeA/1式中A1和B是与材料物理性质有关的常数，T为绝对温度。对于截面均匀的热敏电阻，其阻值RT可用下式表示：slRT/将(1.4)式代入(1.5)式，令A=A1l/s，于是可得：TBTAeR/(1.6)对一定的电阻而言，A和B均为常数。对(1.6)式两边取对数，则有ATBRTln1ln即R与1/T成正比关系。通过观察图像可以得到验证。热电偶温度传感器将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，当导体A和B的两个接触点之间存在温差时，回路内便产生电动势，这种现象称为热电效应。热电热电偶的引线示意图热电偶原理图偶就是利用这一效应来工作的，热电偶温度计的优点是热容量小，灵敏度高，反应迅速，测温范围广，能直接把非电学量温度转换成电学量。热电偶的材料一定时，温差电动势Ex仅与两接点处的温度有关，并且与两接点的温差在一定的温度范围内有如下近似关系式：Th为工作端温度，Tc为冷端的温度。EX=α(Th-Tc)通常将冷端置于冰水混合物中，保持Tc=0℃，将热端置于待测温度处，即可测得相应的温差电动势，再根据事先校正好的曲线或数据来求出温度Th。实验仪器：DH-SJ型温度传感器实验装置，直流恒压恒流源，数字万用表，Pt100、热电偶，NTC、PTC温度传感器，保温杯，电烧杯，冰水混合物，电阻和导线若干。实验数据表格室温12.4℃Pt100在0℃下的显示值为-1.10℃，在100℃下的显示值为96.8℃所以显示的每度为实际温度的0.979℃,则实际开尔文温度为T1=0.979*（T+1.10)+273.2实验一，NTC温度传感器NTC(Ω)显示温度T（℃）实际温度（K）1/T1(1000/K)升温降温平均电阻lnR40313.43.1902603261626107.86745318.33.1412176216521717.68350323.23.0941832181418237.50855328.13.0481528152115257.32960333.03.0031284128512857.15865337.92.9591085107410806.98470342.82.9179219119166.82075347.72.8767837827836.66280352.62.8366726726726.51085357.52.7975765795786.35990362.42.7594954994976.20995367.32.7234234304276.056PTC温度传感器PTC(Ω）显示温度T(℃）实际温度T1（K)1/T1(1000/K)升温降温平均lnR42315.43.170432.5433.3432.96.07147320.33.122455.8455.5455.76.12252325.23.075489.5487.0488.36.19157330.13.029538.6532.7535.76.28362335.02.985613.2613.5613.46.41967339.92.942722.6712.0717.36.57572344.82.900893.0866.0879.56.77977349.72.860117110901130.57.03082354.62.820156914101489.57.30687359.52.782273222322482.07.81792364.42.744596547385351.58.58597369.32.708145601185013205.09.488电阻Cu50Cu50（Ω）显示温度T（℃）实际温度T1（K)升温降温R平均40313.458.358.558.4045318.359.459.759.5550323.260.460.760.5555328.161.561.761.6060333.062.562.762.6065337.963.663.663.6070342.864.664.764.6575347.765.765.865.7580352.666.867.166.9585357.567.868.167.9590362.468.969.169.0095367.370.070.170.05实验二，热电偶温度传感器热电偶（mv)显示温度T(℃）实际温度T1（K)∆T/K升温降温R平均42315.442.21.541.511.5347320.347.11.751.741.7552325.252.01.961.981.9757330.156.92.182.202.1962335.061.82.402.412.4167339.966.72.612.572.5972344.871.62.842.802.8277349.776.53.063.043.0582354.681.43.283.303.2987359.586.33.513.523.5292364.491.23.733.743.7497369.396.13.963.963.96实验三、PN结正向压降与温度关系的研究和应用PN结温度传感器的工作温度一般为-50℃-150℃，测温范围的局限性较大，理想的PN结的正向电流IF和正向压降VF存在如下近关系式：kTqVSFFeII其中q为电子电荷；k为玻尔兹曼常数；T为绝对温度；IS为反向饱和电流，是一个和PN结材料的禁带宽度以及温度有关的系数，可以证明：TqVSgeCTIk)0(r得rCgFTqkTTICqkVVlnln)0(理想模型T=T’时，VF=VF’若为线性关系，有)'(|''TTTVVVTTFFF=)'](')0([''TTrqkTVVVFgF即)'('TTSVVVFF非理想模型rFggFTTqkTTTVVVV)'ln('))0(()0('实验过程1，设计电路如图