实验五十五 温度传感器特性的研究

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1、实验十九温度传感器特性的研究随着现代测量、控制和自动化技术的发展，传感器技术越来越受到人们的重视，传感器在各个领域中的作用也日益显著。传感器是将各种非电量(包括物理量、化学量、生物量等)按一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量(一般为电量)的装置。传感器的种类很多，有温度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器、加速度传感器、湿度传感器等。在各种温度传感器中，把温度转换为电势和电阻的方法最为普遍，本实验首先讨论将温度转换为电势的传感器——热电偶的温度特性，然后讨论将温度转换为电阻的传感器——热电阻的温度特性。实验目的

2、（1）掌握补偿法测电动势的基本原理，学会用UJ-31型低电势电位差计测定热电偶的温差电动势。（2）掌握热电偶温度计的定标以及用热电偶温度计测温的原理。BAtt0图1热电偶原理图（3）研究热电阻的温度特性。（4）掌握非平衡电桥的工作原理，学会用非平衡电桥测量热电阻的阻值。练习一热电偶传感器温度与温差电动势关系的测量一实验原理1.热电偶测温原理t0t_+铜线康铜线测量仪器图2热电偶测温原理图热电偶是利用热电效应制成的温度传感器。热电偶亦称温差电偶，如图1所示。它是由A、B两种不同材料的金属丝的端点彼此紧密接触而组成的。当两个

3、接点处于不同温度时，在回路中就有直流电动势产生，该电动势称温差电动势或热电动势。当组成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，并且两接点的温差在一定的温度范围内有如下近似关系式：(1)式中称为温差电系数，对于不同金属组成的热电偶,是不同的，其数值就等于两接点温度差为1°C时所产生的电动势。G图3补偿法原理图为了测量温差电动势，就需要在图1的回路中接入测量仪器，本实验选用的是铜－康铜组成的热电偶（铜－康铜热电偶在低温下使用较为普遍，测量范围为-200～+200℃）。由于其中有一根金属丝和引线材料一样，都是铜

4、，因此没有影响热电偶原来的性质，即没有影响它在一定的温差下应有的电动势值。如图2所示，把铜与康铜的两个焊点一端置于待测温度处（热端），另一端作为冷端（本实验处于室温状态），将铜线截断后与测量仪器相连，这样就组成一个热电偶温度计。只要测得相应的温差电动势，再根据事先校正好的曲线或数据就可求出待测温度。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，还能直接把非电学量温度转换成电学量。因此，在自动测温、自动控温等系统中得到广泛应用。2.补偿法原理KG图4电位差计原理图RX①②③补偿法是一种准确测量电动势（电压）的

5、有效方法。如图3所示，设为一连续可调的标准电源电动势（电压），而EX为待测电动势，调节使检流计G示零（即回路电流），则。上述过程的实质是，不断地用已知标准电动势（电压）与待测的电动势（电压）进行比较，当检流计指示电路中的电流为零时，电路达到平衡补偿状态，此时被测电动势与标准电动势相等，这种方法称为补偿法。这和用一把标准的米尺来与被测物体（长度）进行比较，测出其长度的基本思想一样。但其比较判别的手段有所不同，补偿法用示值为零来判定。但电动势连续可调的标准电源很难找到，那么怎样才能简单地获得连续可调的标准电动势（电压）呢？简单

6、的设想是：让一阻值连续可调的标准电阻上流过一恒定的工作电流，则该电阻两端的电压便可作为连续可调的标准电动势。3.电位差计原理电位差计就是一种用补偿法思想设计的测量电动势（电压）的仪器。图4是一种直流电位差计的原理简图。它由三个基本回路构成：①工作电流调节回路，由工作电源、限流电阻、标准电阻和组成；②校准回路，由标准电池、平衡指示仪G、标准电阻组成；③测量回路，由待测电动势EX，检流计G,标准电阻组成。通过测量未知电动势EX的两个操作步骤，可以清楚地了解电位差计的原理。（1）“校准”：图中开关K拨向标准电动势侧，取为一预定值

7、（对应标准电势值V），调节Rp使平衡指示仪G示零，使工作电流回路内的RX中流过一个已知的“标准”电流，且。（2）“测量”：将开关K拨向未知电动势EX一侧，保持不变，调节滑动触头B，使检流计示零，则。被测电压与补偿电压极性相顶且大小相等，因而互相补偿（平衡）。这种测的方法叫补偿法。补偿法具有以下优点：①电位差计是一电阻分压装置，它将被测电动势EX和一标准电动势直接比较。的值仅取决于及EN，因而测量准确度较高。②在上述“校准”和“测量”两个步骤中，平衡指示仪两次示零，表明测量时既不从校准回路内的标准电动势源中吸取电流，也不从测

8、量回路中吸取电流。因此，不改变被测回路的原有状态及电压等参量，同时可避免测量回路导线电阻及标准电势的内阻等对测量准确度的影响，这是补偿法测量准确度较高的另一个原因。二实验仪器UJ-31型直流低电势电位差计，FB-203型多挡恒流智能控温实验仪，FB204型标准电势与待测低电势，YJ24-A型直流稳压电源