热敏电阻温度传感器测温实验

关于温度传感器特性的实验研究

摘要：温度传感器在人们的生活中有重要应用，是现代社会必不可少的东西。本文通过控制变量法，具体研究了三种温度传感器关于温度的特性，发现NTC电阻随温度升高而减小；PTC电阻随温度升高而增大；但两者的线性性都不好。热电偶的温差电动势关于温度有很好的线性性质。PN节作为常用的测温元件，线性性质也较好。本实验还利用PN节测出了波尔兹曼常量和禁带宽度，与标准值符合的较好。

关键词：定标 转化 拟合 数学软件

EXPERIMENTAL RESEARCH ON THE NATURE OF TEMPERATURE SENSOR

1.引言

温度是一个历史很长的物理量，为了测量它，人们发明了许多方法。温度传感器通过测温元件将温度转化为电学量进行测量，具有反应时间快、可连续测量等优点，因此有必要对其进行一定的研究。作者对三类测温元件进行了研究，分别得出了电阻率、电动势、正向压降随温度变化的关系。

2.热电阻的特性

2.1实验原理

2.1.1Pt100铂电阻的测温原理

和其他金属一样，铂(Pt)的电阻值随温度变化而变化,并且具有很好的重现性和稳定性。利用铂的此种物理特性制成的传感器称为铂电阻温度传感器，通常使用的铂电阻温度传感器零度阻值为100Ω（即Pt100）。铂电阻温度传感器精度高，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，为此，首先要对铂电阻本身进行定标。

按IEC751国际标准，铂电阻温度系数TCR定义如下：

TCR=(R100-R0)/(R0×100) (1.1)

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℃

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沈阳城市学院

物理实验报告

实验目的

1、学习用恒电流法和直流电桥法测量热电阻；

2、测量铂电阻和热敏电阻温度传感器的温度特性；

3、测量电压型、电流型和PN结温度传感器的温度特性(选作)；

实验仪器

名称 型号

温度传感器温度特性实验仪 FD-TTT-A .

. 十进制电阻箱

请认真填写

实验原理（注意：原理图、测试公式）

1.直流电桥法测量Pt100的铂电阻的温度特性

在0～100℃范围内Rt的表达式可近似线性为：01(1)tRRAt

式中A1温度系数，近似为3.85×10ˉ³/℃，Pt100铂电阻的

阻值， 其0℃时 Rt =100Ω;而100℃时Rt =138.5Ω

2.用恒电流法测量NTC热敏电阻的温度特性

U U

R R .

.

11RtRttORURURIU

3. PN结温度传感器温度特性的测试

PN结的正向电压U和温度t近似满足下列线性关系U=Kt+Ugo

式中Ugo为半导体材料参数，K为PN结的结电压温度系数。

.

.

. 实验内容及步骤

1.在直流电桥法测量热电阻中首先将pt棒插入加热井中

2.然后连接电路将电阻、电源插入到对应的插口中

3.各个线路插好后，观察温度，温度如果比需要温度高的话，调节温度直到温度小于实际温度。

4.观察电压，调节变阻器使得电压为0 并对此时的电阻值进行记录

5.恒电流法测量热电阻将NTC热敏电阻插入热井中并重新连接电路

6.观察温度，当温度达到要测量的温度的时候迅速记下此时的电压

7.PN结温度传感器首先按照电路连接线路

8.观察温度当温度达到要测量的温度的时候迅速记下此时的电压

.

. 实验数据记录（注意：单位、有效数字、列表）

温度（℃） 直流电桥法测量Pt100铂电阻的温度特性/电阻（Ω） 用恒电流法测量NTC热敏电阻的温度特性/电阻（Ω） PN结温度传感器温度特性的测试/电压（mV）

温度传感器实验

传感器是将非电信号转换为电信号的装置，因为电信号容易传递和处理。温度是物体冷热程度的标志，温度传感器就是将温度转换成电信号的传感器。

一．测温传感器的分类

电阻式传感器。常用的有铂热电阻、热敏电阻和铜热电阻。其中铂电阻（Pt100）精确度最高，重现性和稳定性很好，不仅应用广泛，而且被制成标准的基准仪。热敏电阻（Thermally

Sensitive Resistor，简称Thermistor），是温度敏感的电阻的总称，是属于热电阻的一部分，一般分为负温度系数热敏电阻NTC（Negative Temperature Coefficient）和正温度系数热敏电阻PTC（Positive Temperature Coefficient）。NTC的电阻值随温度的上升而下降；PTC正好相反。

其它传感器。半导体PN结温度传感器，晶体温度传感器，非接触型温度传感器，热电偶温度传感器，光纤温度传感器，液压温度传感器，智能温度传感器。

二．DH－SJ5温度传感器实验装置

DH－SJ5型温度传感实验装置以九孔板为实验平台，包括铂电阻Pt100、热敏电阻（NTC和PTC）、铜电阻Cu50、铜－康铜热电偶、PN结、AD590和LM35等分离的温度传感器探头，各种电子元件。能提供了多种测温电路和方法。

本装置采用Pt100铂电阻测温，智能温度控制器控温，控温精度高、范围广、可自由设定所需的温度，数字显示；用低电压恒流加热、安全可靠、无污染，加热电流连续可调；分离的温度传感器，形象直观，组合方便，可比较不同传感器的温度特性；降温实验可采用风扇快速降温；整体结构设计新颖，紧凑合理，外型美观大方。

主要技术指标：电源：AC220V±10%（50/60Hz），工作温度0～40℃，相对湿度＜80%，无腐蚀性场合，控温范围：室温～120℃，控温精度：±0.2℃，分辨率：0.1℃。

温控仪与恒温炉的连线如图1，Pt100的插头与温控仪上的插座颜色应当对应连接。

一、实验目的

1. 理解不同温度测量原理的基本概念。

2. 掌握热电偶、热敏电阻和热电阻等常用温度传感器的测温原理。

3. 学习温度传感器的标定方法。

4. 通过实验，验证理论知识的正确性，并分析实验误差。

二、实验原理

温度测量原理主要分为接触式测量和非接触式测量两种。本实验主要探讨接触式测量原理，包括以下几种：

1. 热电偶测温原理：热电偶是由两种不同金属导线组成的闭合回路，当热电偶两端存在温度差时，会在回路中产生热电势，热电势与温度呈线性关系。

2. 热敏电阻测温原理：热敏电阻的电阻值随温度变化而变化，通过测量电阻值，可以间接测量温度。

3. 热电阻测温原理：热电阻的电阻值随温度变化而变化，通过测量电阻值，可以间接测量温度。

三、实验器材

1. 热电偶（K型、E型）

2. 热敏电阻

3. 热电阻

4. 温度传感器实验模块

5. CSY2001B型传感器系统综合实验台

6. 温控电加热炉

7. 连接电缆

8. 万用表：VC9804A，附表笔及测温探头

9. 万用表：VC9806，附表笔

四、实验步骤 1. 热电偶测温实验：

（1）将K型热电偶和E型热电偶分别连接到实验模块上。

（2）将热电偶的热端放入已知温度的恒温水中，记录冷端温度和对应的热电势。

（3）根据热电偶分度表，计算实际温度。

2. 热敏电阻测温实验：

（1）将热敏电阻连接到实验模块上。

（2）逐渐改变热敏电阻周围的温度，记录电阻值和对应温度。

（3）根据电阻温度系数，计算实际温度。

3. 热电阻测温实验：

（1）将热电阻连接到实验模块上。

（2）逐渐改变热电阻周围的温度，记录电阻值和对应温度。

（3）根据电阻温度系数，计算实际温度。

五、实验结果与分析

1. 热电偶测温实验：实验结果显示，K型热电偶和E型热电偶的测量值与实际温度基本一致，误差在允许范围内。

2. 热敏电阻测温实验：实验结果显示，热敏电阻的测量值与实际温度基本一致，误差在允许范围内。