传感器原理及应用系列实验一

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1、传感器原理及应用系列实验一热电传感器—热电偶一．实验目的：观察了解热电偶的结构，熟悉热电偶的工作特性，学会查阅热电偶分度表。二．实验原理：热电偶是热电式传感器的一种，它可将温度变化转化成电势的变化，其工作原理是建立在热电效应的基础上的。即将两种不同材料的导体组成一个闭合回路，如果两个结点的温度不同，回路中将产生一定的电流（电势），其大小与材料的性质和结点的温度有关。因此只要保持冷端结点温度t0不变，当加热另一结点时，热电偶的输出电势E会随温度t变化，通过测量此电势即可知道两端温差，从而实现温度的测量。电势E和温度

2、t之间的关系是利用分度表的形式来表达的。分度表通常是在热电偶的冷端温度t0=0℃条件下测得，所以在使用热电偶时，只有满足t0=0℃的条件，才能直接使用分度表。在实际工况环境中，由于冷端温度不是0℃而是某一温度tn，因此在使用分度表前要对所测电动势进行修正。E(t，0)=E(t，tn)+E(tn，0)即：热偶电动势=仪表指示值+室温修正值式中E(t，0)是冷端为0℃时的热电偶的电动势，t为热电偶的热端温度，tn为热电偶参考端（冷端）所处的温度，本实验中为室温。以ITS-90标准为基础的铜-康铜热电偶（T型）的热电动

3、势E（mV）和温度t（℃）的近似关系式为：E(t，0)=0.03875t+3.329×10-5t2三．实验所需部件：铜-康铜制成的热电偶、加热器、差动放大器、2V数字电压表四．实验步骤：1．调节差动放大器输出为零。开启仪器总电源并将仪器左下角的±15V电源开关置于“开”的位置。差动放大器增益置100倍（顺时针方向旋到底）“+、-”输入端用实验线对地短路。输出端接数字电压表，用“调零”电位器调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验线。调零后，差动放大器的两个电位器的位置不要变化。2．将热电偶两端接入差动放大器的双端

4、输入，记录数字表显示的电压值Ut。3．打开加热开关，观察差动放大器输出电压的变化，每隔1-2分钟记录一次电压值，待温度不再上升时（达到相对的热稳定状态），记录电压表读数，并求出温度值。注意：1．本仪器所使用的热电偶是由两只铜-康铜热电偶串接而成的，热电偶的冷端为室温，热端在悬臂梁上。放大器的增益为100倍，计算热电势时应考虑进去。2．本实验可与热敏电阻、PN结温度传感器在同一次加热过程中一起完成。每隔1-2分钟，尽可能同时测出热电偶、热敏电阻、PN结温度传感器的输出电压，记入数据表。3．热电偶（UE~t）、PN结

5、（UPN~t）、热敏电阻（UR~T）测量数据表：6室温t=________℃，T0=_____________K序号123456测量值UE/VUPN/VUR/V计算值tE/℃tPN/℃TR/KαT/K-1热敏电阻测温度一．实验目的：观察了解热敏电阻的结构，熟悉热敏电阻的工作特性，学会使用热敏电阻测温。二．实验原理：热敏电阻是热电式传感器的一种，它可将温度变化转化为电阻变化以达到测量温度的目的。热敏电阻是利用半导体材料制成的热敏元件，它具有灵敏度高，可以应用于各领域的优点。热电偶一般测高温线性较好，热敏电阻则用于2

6、00℃以下温度较为方便。本实验中所用热敏电阻为负温度系数。其定义为热敏电阻在其自身温度变化1℃时，电阻值的相对变化量，可用下式表示为：式中B为热敏电阻常数。本实验所用的热敏电阻B=3200K。负温度系数的热敏电阻其特性可以表示为：式中RT、RT0分别为温度T和T0时的电阻值。因此当温度变化时，热敏电阻阻值的变化将导致由运放组成的压/阻变换电路的输出电压变化，其关系可表示为：式中UT、UT0分别为温度T和T0时的压/阻变换电路的输出电压值。根据上面两式：三．实验所需部件：热敏电阻RT、温度变换器、20V数字电压表、

7、温度计四．实验步骤：1．观察装于悬臂梁上封套内的热敏电阻，将热敏电阻接入温度变换器RT端口，调节“增益”旋钮，使加热前电压输出U0端的电压值尽可能大但不饱和（顺时针旋转增益钮至最大后再反向旋转使示值比最大值稍小），记录URT0值。2．用温度计测出环境温度，记录T0值。（用国际温标）3．打开加热器，观察温度变换器输出电压的变化情况。每隔1-2分钟，尽可能同时测出热电偶、热敏电阻、PN结温度传感器的输出电压，记入数据表。直至电压稳定。4．计算每点的温度TR值和热敏电阻温度系数αT值。6PN结温度传感器一．实验目的：熟

8、悉PN结温度传感器的工作特性，学会使用PN结温度传感器测温。二．实验原理：PN结半导体温度传感器是利用二极管的PN结正向电流和温度的关系得到外加电压与温度的近似关系，也可用晶体三极管基极与发射极之间PN结的温度效应。这种传感器具有线性度好、精度高、使用方便的优点，其测温范围在-50~200℃。１．PN结正向电压与温度的关系AD590R=1kΩVT++--AD590测温原理