实验1.4温度传感器温度特性的测量[1]

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℃

.

.

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）

温度传感器实验报告

实验报告：温度传感器实验

一、实验目的

本实验旨在探究温度传感器的工作原理和特性，通过实际操作来了解温度传感器在温度测量中的应用。

二、实验原理

温度传感器是一种将温度变化转化为可测量电信号的装置。根据测量原理，温度传感器可分为多种类型，如热电偶、热敏电阻、红外线温度传感器等。本实验中，我们将使用热电偶温度传感器进行实验。

热电偶温度传感器基于热电效应原理，将温度变化转化为热电势差信号。热电偶由两种不同材料的导体组成，当两种导体连接在一起时，如果它们之间存在温差，就会在电路中产生电动势。当温度发生变化时，热电势也会相应变化，从而实现对温度的测量。

三、实验步骤

1. 准备实验器材

（1）热电偶温度传感器

（2）数据采集器

（3）恒温水槽

（4）计时器

（5）实验用的不同温度的水

2. 进行实验操作

（1）将热电偶温度传感器连接到数据采集器上。

（2）将恒温水槽中的水加热至一定温度，然后将热电偶温度传感器放入水中，记录数据采集器显示的数值。 （3）将恒温水槽中的水降温至另一不同温度，然后将热电偶温度传感器放入水中，记录数据采集器显示的数值。

（4）重复步骤（3），直至记录下不同温度下的数据。

（5）将实验数据整理成表格，并进行数据分析。

四、实验数据分析

实验数据如下表所示：

序号 温度（℃） 数据采集器显示数值（mV）

1 20 A1

2 30 A2

3 40 A3

... ... ...

n Tn An

根据热电偶温度传感器的测量原理，我们可以计算出每一组数据的热电势差值ΔT。将所有热电势差值进行平均，得到平均热电势差值ΔTave。根据公式T =

ΔT / ΔTave × Tref，我们可以计算出实验测量的温度值T。其中，Tref为参考温度值，本实验中取为25℃。

根据上述公式，我们计算得到实验测量的温度值如下表所示：

序号 计算温度（℃） 与实际温度误差（℃）

1 B1 A1误差1

1 温度传感器的温度系数测量

【目的要求】

1．了解温度传感器的温度特性；

2．了解温度传感器电路的静态特性；

3．学习测量温度传感器电路的输出—输入特性，并测定铂电阻（热敏电阻）的温度系数。

【实验仪器】

铂电阻（热敏电阻），温度传感器，数字万用表(3位半)，温度计，保温杯，导线。

【实验原理】

传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。通过传感器将温度、压力、湿度等非电学量转换为电压等电学量进行检测，作为现代信息技术的基础——一传感器技术越来越广泛地应用在非电学量测量和智能检测、自动控制系统中。使用电阻型传感器时(如：温度、压力等)，经常用到非平衡电桥电路，本实验用非平衡电桥和铂电阻温度传感器组成测温电路，测量此电路的输出—输入特性，并测定铂电阻的温度系数。

1．铂电阻温度传感器的温度特性

当温度变化时，导体或半导体的电阻值随温度而变化，这称为热电阻效应。根据电阻与温度的对应关系，通过测量电阻值的变化可以检测温度的改变，由此可制成热电阻温度传感器．一般将金属材料的电阻温度传感器称作热电阻；半导体材料的则称作热敏电阻。

通常金属材料的电阻值随温度升高而增大．这是因为温度越高，晶格振动越剧烈，从而使电子和晶格的相互作用越强，因此金属热电阻一般具有正温度系数．常用的热电阻材料有铜和铂。

工业用铂热电阻(Ptl0、Pt100、Pt1000)广泛用来测量一200~850 ℃范围的温度．在少数情况下，低温可测至一272 ℃(1 K)，高温可测至1000 ℃．标准铂电阻温度计的准确度最高，可作为国际温标中961.78 ℃以下内插用标准温度计。它具有准确度高、灵敏度高、稳定性好等优点。

工业铂热电阻温度特性如下：

在-200~0 ℃时，

].)100(1[320TCTCBTATRRT (1)