北航传感器技术与测试系统实验二——温度传感器测量原理实验

（5）集成温度传感器
0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 30 50 70 90 110 集成温度传感器输 出电压V 线性 (集成温度传感 器输出电压V) u = 0.0045t + 0.1415
3. 计算各种温度传感器的灵敏度及线性度 用单位温度变化时输出电压的变化量来表示温度传感器的灵敏度，单位为 mV/℃, 即为电压—温度线性曲线的斜率；以图中直线为理论参考直线，用数值法计算其线
60 20 1.70 0.798
70 20 2.05 0.798
80 20 2.48 0.798
90 20 2.88 0.798
100 20 3.29 0.798
1.738
40 1.50 1.192
2.178
49 2.09 1.192
2.498
60 2.64 1.192
2.848
69 3.20 1.192
7 6 5 4 3 2 1 0 30 50 70 90 110 uk = 0.0387t + 0.1934 ue = 0.0609t + 0.2099 K型电偶电动势 E型电偶电动势 线性 (K型电偶电 动势) 线性 (E型电偶电 动势)
40 20 0.94 0.798
50 20 1.38 0.798
T 为被测物体的热力学温度（K） 。 当一个 PN 结制成后，当其正向电流保持不变时，PN 结正向压降随温度的变化近似于 线性，大约以 2mv/℃的斜率随温度下降，利用 PN 结的这一特性可以进行温度的测量。 4. 热敏电阻 热敏电阻是利用半导体的电阻值随温度升高而急剧下降这一特性制成的热敏元件， 灵敏 度高，可以测量小于 0.01℃的温差变化。 热敏电阻分为正温度系数热敏电阻 PTC、 负温度系数热敏电阻 NTC 和在某一特定温度下 电阻值发生突然变化的临界温度电阻器 CTR。 实验中使用 NTC，热敏电阻的阻值与温度的关系近似符合指数规律，为： ������������ = ������0 ������
������ ( −
1 ������ 1 ) ������ 0
式中，T 为被测温度（K） ，T=t+273.16； T0 为参考温度（K） ，T0=t0+273.16； Rt 为温度 T 时热敏电阻的阻值； R0 为温度 T0 时热敏电阻的阻值； B 为热敏电阻的材料常数，由实验获得，一般为 2000~6000 K。 5. 集成温度传感器 用集成工艺制成的双端电流型温度传感器， 在一定的温度范围内按 1μA/K 的恒定比值输 出与温度成正比的电流，通过对电流的测量即可得知温度值（K 氏温度） ，经 K 氏-摄氏转换 电路直接得到摄氏温度值。 三、 实验内容 1. 使用 K 型热电偶对 E 型热电偶进行标定； 2. 测量铂热电阻、PN 结温敏二极管、半导体热敏电阻、集成温度传感器在一些温度下的 电压，画出电压和温度的关系曲线，分析各种温度传感器的特性。 四、 实验仪器： 温度传感器实验模块、热电偶（K型、E型）、CSY2001B型传感器系统综合实验台（以下 简称主机）、温控电加热炉、连接电缆、万用表：VC9804A，附表笔及测温探头、万用表： VC9806，附表笔。 五、 实验步骤 注意：为提高效率，在标定热电偶的同时可将其他温度传感器按照说明连好线，同时测 量。 （1）观察热电偶结构（可旋开热电偶保护外套），了解温控电加热器工作原理 （2）关闭主机“电源开关”，将温控电加热炉电源插头插入主机“220V加热电源出” 插座；热电偶插入电加热炉内，K分度热电偶为标准热电偶，冷端接“测试”端，E分度热电 偶接“温控”端，（注意热电偶极性不能接反红为正，蓝为负，而且不能断偶）； （3）连接主机的“实验模块电源”至温度传感器实验模块电源插座（在后侧板）。 （4） 将主机上的“热电偶转换”开关扳向“温控”端， 调节“设定调节”旋钮到最低； （5） 关闭“应变加热”开关， 打开主机“电源开关”， 将主机上“加热炉”置“开”； （6） “测量设定”开关扳向“设定”， 调节“设定调节”旋钮， 将温度设定在40℃ （注 意，由于温控炉超调较大，可以将设定值稍微调小些）； （7）“测量设定”开关扳向“测量”； （8） 温控炉加热时， “加热”指示灯亮， 温控电加热炉加热； 加热炉到达设定温度后， “加热”指示灯灭，“关闭”指示灯亮，温控炉在设定温度保温； （9） VC9806型万用表置200mv档， 当“温控加热器”上方的数码管显示为设定温度时，
69 0.814 1.842 0.713 0.453
80 0.953 1.863 0.628 0.496
90 1.046 1.880 0.541 0.545
99 1.248 1.899 0.473 0.599
（2）铂热电阻温度传感器
1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 30 50 70 90 110 铂热电阻输出电压 V 线性 (铂热电阻输 出电压V) u = 0.0127t - 0.0598
应变传感器测量原理实验
一、 实验目的
1. 了解箔式应变片的结构及粘贴方式 2. 掌握使用电桥电路对应变片进行信号调理的原理和方法 3. 掌握使用应变片设计电子秤的原理 4. 掌握应变片的温度补偿的原理和方法 二、 实验原理（用自己的话总结） 1. 应变片测量原理 应变片的阻值随着应变的变化而变化， 从而可以转化为电压的变化。 因此将应变片 贴在梁上发生应变的地方，就可以通过输出电压的变化来反映该处的应变量。 2. 应变电桥原理 若直流电桥的桥臂四个电阻分别为R1、R2、R3、R4，则其平衡条件为R1R4=R2R3， 当其中一个或者两个、四个电阻变化时，其输出电压也随之改变，故可以通过电桥的输 出电压来反映电阻的变化量。 3. 称重原理 将四个应变片贴在悬臂梁上（上下各两个，对称分布），在悬臂梁的自由端通过加 所测砝码来施加向下的外力，造成梁受弯，产生弯曲应变，上测应变片电阻值增加，下 测应变片电阻值减小， 将四个应变片接为全桥电路， 因此可以通过输出电压的变化量来 求出应变值，再由施加外力与应变的关系式可以求得外力，进而求得所测砝码的重量。 4. 温补原理 当应变片所处环境温度发生变化时，其阻值也会相应的改变。若原测量电桥为1/4 桥，则会产生较大的误差，此时在其相邻桥臂再加一个相同的应变片作为温度补偿片。 温度补偿片并不受力，无变形，当环境温度变化时，两个应变片均会由于温度的变化产 生相应的阻值改变， 从而进行补偿以减小温度变化所带来的误差， 也可以直接通过全桥 来减小此误差。 三． 实验内容 1． 测试应变称重电路的静态指标。 2． 了解温度变化对应变测量系统的影响，学习温度补偿的方法。 实验问题思考： （1）实验中温度补偿的原理。 （2）通过实验思考影响应变片测量精度的因素。 四． 实验仪器 直流稳压电源（±4V、±12V） ，应变式传感器实验模块，双孔悬臂梁称重传感器，称重 砝码（20 克/个） ，数字万用表（可测温） 。 五． 实验步骤 （1）观察称重传感器弹性体结构及传感器粘贴位置，将三芯电缆供电线一端与应变式 传感器实验模块相连，另一端与主机实验电源相连 （2） 将差动放大器增益置于最大位置 （顺时针方向旋到底） ， 差动放大器的“+”“-” 输入端接地。输出端接电压表200mV档。开启主机电源，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，调零后模块上的“增益、调零”电位器均不应再变动。 （3）按图2.12将所需实验部件连接成测试桥路（全桥接法），图中R1、R2、R3和R均 为应变计（可任选双孔悬臂梁上的一个应变片），图中每两个节之间可理解为一根实验连接 线，注意连接方式，勿使直流激励电源短路。（±4V采用主机电源上的+V0和-V0）。
3.278
80 3.88 1.192
3.678
90 4.51 1.192源自4.08899 5.16 1.192
2.692
3.282
3.832
4.392
5.072
5.702
6.352
40 0.4648 1.8076 1.1 0.3271
50 0.5701 1.82 0.945 0.367
60 0.702 1.826 0.829 0.408
（3） PN 结温敏二极管
1.92 1.9 1.88 1.86 1.84 1.82 1.8 1.78 30 50 70 90 110 PN结温敏二极管 输出电压V 线性 (PN结温敏二 极管输出电压V) u = 0.0015t + 1.7404
（4）热敏电阻
1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 30 50 70 90 110 u = -0.0103t + 1.4695 半导体热敏电阻输 出电压V 线性 (半导体热敏 电阻输出电压V)
用VC9806型万用表分别测量K型和E型热电偶的热电势。 （10）用 VC9804 型万用表测量冷端温度，即环境温度。（将温度探头连接在万用表 的“TEMP”插座，万用表置于“° C”档，注意温度探头的方向，将温度探头的“+”端插 入万用表温度测量的“+”端）。 （11）按照步骤（6） ，分别将温度设定在 40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃， 重复（7）~（10）步，记录测量数据。 六、 数据处理 1. 实验数据记录 给定温度/℃ 冷端温度 测量热电势/mv K型 温度 冷端补偿电势/mv 实际电动势/mv 测量温度/℃ 热电势/mv 冷端补偿电势/mv E型 温度 实际电动势/mv 误差 测量温度/℃ 铂热电阻输出电压 V PN 结温敏二极管输出电压 V 半导体热敏电阻输出电压 V 集成温度传感器输出电压 V 2. 输出电压—温度曲线 （1）热电偶温度传感器
温度传感器测量原理实验
一、 实验目的 1. 了解各种温度传感器（热电偶、铂热电阻、PN 结温敏二极管、半导体热敏电阻、集 成温度传感器）的测温原理； 2. 掌握热电偶的冷端补偿原理； 3. 掌握热电偶的标定过程； 4. 了解各种温度传感器的性能特点并比较上述几种传感器的性能。 二、 实验原理 1. 热电偶测温原理 热电偶由两根不同介质的导体熔接而成， 其形成的闭合回路叫做热电回路， 当两端处于 不同温度时回路中产生一定的电流，这表明电路中有电势产生，此电势即为热电势。 实验中使用两种热电偶：镍铬—镍硅（K 分度） 、镍铬—铜镍（E 分度） 。图 2.1 所示为热电 偶的工作原理，图中：T 为热端，To 为冷端，热电势为： Et E AB(T ) E AB(To )