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实验二（2）温度传感器实验
实验时间 2017.01.12 实验编号 无 同组同学 邓奡
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
由两根不同质的导体熔接而成的，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。
试验中使用两种热电偶：镍铬—镍硅（K分度）、镍铬—铜镍（E分度）。图2.3.5所示为热电偶的工作原理，图中：T为热端，T0为冷端，热电势为
Et?EAB(T)?EAB(T0)。
热电偶冷端温度不为0℃时（下式中的T1），需对所测热电势进行修正，修正公式为：E(T,T0)?E(T,T1)?E(T1,T0),即：
实际电动势+测量所得电动势+温度修正电势
对热电偶进行标定时，以K分度热电偶作为标准热电偶来校准E分度热电偶。
2、铂热电阻
铂热电阻的阻值与温度的关系近似线性，当温度在0?C?T?650?C时，
RT?R0(1?AT?BT2),
式中：RT——铂热电阻在T℃时的电阻值
R0——铂热电阻在0℃时的电阻值
A——系数（=3.96847?10-31/?C） B——系数（=-5.847?10-71/?C）
3、PN结温敏二极管
半导体PN结具有良好的温度线性，PN结特性表达公式为：
kT?Ube?ln?，
e式中，?为与PN结结构相关的常数；
k为波尔兹曼常数，k?1.38?10?23J/K； e为电子电荷量，e?1.602?10?19C；
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：
Rt?R0e11B(?)TT0。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2000~6000K 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，在一定温度范围内按1uA/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知道温度值(K氏温度），经K氏-摄氏转换电路直接得到摄氏温度值。
三、实验过程与结果
1、热电偶标定实验步骤如下：
2、铂热电阻测量实验步骤如下：
3、PN结温敏二极管测量实验步骤如下：
4、半导体热敏电阻测量实验步骤如下：
5、集成温度传感器测量实验步骤如下：
表1如下所示： 给定温度/℃ 冷端温度/℃ K型温度热电势/mV 冷端补偿电势/mV 实际电动势/mV 测量温度/℃ E型温度热电势/mV 冷端补偿电势/mV 实际电动势/mV 误差/℃ 测量温度/℃ 铂热电阻输出电压/mV 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 40 22 0.8 0.879 1.679 41 1.2 0.879 2.079 6 35 6.9 0.814 1.760 0.169 50 22 1.1 0.879 1.979 49 1.8 0.879 2.679 4 45 58.0 0.856 1.4 0.222 60 20 1.6 0.798 2.398 59 2.4 0.798 3.198 5 54 121.4 0.898 1.09 0.278 70 20 1.9 0.798 2.698 66 3.0 0.798 3.798 4 62 170.8 0.953 0.8 0.348 80 21 2.3 0.838 3.138 77 3.6 0.838 4.438 5 72 216 0.987 0.612 0.391 90 21 2.7 0.838 3.538 87 4.3 0.838 5.138 5 82 270 1.046 0.45 0.457 100 20 3.2 0.798 3.998 98 4.9 0.798 5.698 7 91 312 1.084 0.355 0.520 四、结果分析与实验结论
1、根据数据分别绘制K型热电偶和E型热电偶温度与热电势的关系曲线
2、将K型热电偶作为标准热电偶，计算被测E型热电偶的误差
6?4?5?4?5?5?7平均误差??5.14
73、做出铂热电阻的电压-温度曲线，观察其工作线性范围
4、做出PN结温敏二极管的电压-温度曲线，求出灵敏度S??V ?t