新版本传感器实验指导书(7)

湖南生物机电职业技术学院 自动检测实验指导书

实验十六 铂热电阻温度特性测试实验

一、实验目的

了解铂热电阻的特性与应用。 二、实验仪器

PT100、水银温度计（自备） 三、实验原理

利用导体电阻随温度变化的特性，热电阻用于测量时，要求其材料电阻温度系数大，稳定性好，电阻率高，电阻与温度之间最好有线性关系。当温度变化时，感温元件的电阻值随温度而变化，这样就可将变化的电阻值通过测量电路转换电信号，即可得到被测温度。 四、实验内容与步骤

1．用万用表接至PT100两端。

3．将“2~20V直流稳压电源”接至“加热器”。

4．此时将水银温度计放至平行梁的下应变梁上（加热器已固定在平行梁的下应变梁背面），三、 实验报告

可观察PT100随温度变化而变化的曲线规律。PT100在0oC时为100欧姆，每上升1oC，阻值增加0.38欧姆。 四、 注意事项

“加热器”不应长时间通电，实验完成即拔掉“加热器”输入电源。

31

2. 打开直流电源开关，调节“2~20V直流稳压电源”电位器，使直流稳压电源输出为5V。

加热源温度慢慢上升。此时可用水银温度计测量加热源表面温度，同时观察PT100的输出阻值。

湖南生物机电职业技术学院 自动检测实验指导书

实验十七 K型热电偶测温实验

一、实验目的

了解K型热电偶的特性与应用。 二、实验仪器

PT100、K型热电偶、温度源、差动放大器，电压放大器、直流电压表 三、实验原理

热电偶传感器的工作原理

热电偶是一种使用最多的温度传感器，它的原理是基于1321年发现的塞贝克效应，即两种不同的导体或半导体A或B组成一个回路，其两端相互连接，只要两节点处的温度不同，一端温度为T，另一端温度为T0，则回路中就有电流产生，见图17-1（a），即回路中存在电动势，该电动势被称为热电势。

图17-1（a） 图17-1（b）

两种不同导体或半导体的组合被称为热电偶。

当回路断开时，在断开处a，b之间便有一电动势ET，其极性和量值与回路中的热电势一致，见图17-1（b），并规定在冷端，当电流由A流向B时，称A为正极，B为负极。实验表明，当ET较小时，热电势ET与温度差（T-T0）成正比，即

ET=SAB（T-T0） （17-1）

SAB为塞贝克系数，又称为热电势率，它是热电偶的最重要的特征量，其符号和大小取决于热电极材料的相对特性。

热电偶的基本定律： （1）均质导体定律

由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的截面积和长度如何，也不论各处的温度分布如何，都不能产生热电势。 （2）中间导体定律

用两种金属导体A，B组成热电偶测量时，在测温回路中必须通过连接导线接入仪表测量温差电势EAB（T，T0），而这些导体材料和热电偶导体A，B的材料往往并不相同。在这种引入了中间导体的情况下，回路中的温差电势是否发生变化呢？热电偶中间导体定律指出：在热电偶回路中，只要中间导体C两端温度相同，那么接入中间导体C对热电偶回路总热电势EAB（T，T0）没有影响。

（3）中间温度定律

如图23-2所示，热电偶的两个结点温度为T1，T2时，热电势为EAB（T1，T2）；两结点温度

32

湖南生物机电职业技术学院 自动检测实验指导书 为T2，T3时，热电势为EAB（T2，T3），那么当两结点温度为T1，T3时的热电势则为

EAB（T1，T2）+ EAB（T2，T3）=EAB（T1，T3） （17-2） 式（2）就是中间温度定律的表达式。譬如：T1=100℃，T2=40℃，T3=0℃，则

EAB（100，40）+EAB（40，0）=EAB（100，0） （17-3）

图17-2 中间定律示意图

热电偶的分度号

热电偶的分度号是其分度表的代号（一般用大写字母S、R、B、K、E、J、T、N表示）。它是在热电偶的参考端为0℃的条件下，以列表的形式表示热电势与测量端温度的关系。 四、实验内容与步骤

1．按图17-3接接好“差动放大器”和“电压放大器”，将“电压放大器”的输出接至F/V表（选择V，20V）。

2．短接差动放大器的输入端，增益调节电位器都处于中间位置，调节调零电位器，使F/V表显示为零。

3．拿掉短路线，按图17-3接线，将K型热电偶热端（红色）接a，冷端（绿色）接b，记下电压放大器的输出电压值。

图17-3 热电偶测温接线图

4．将万用表接用PT100两端，并测量其电阻。调节2~20V为5V，将2~20V输出接入“加热器”电源输入端，加热源温度慢慢上升。记录PT100的阻值，同时记录“电压放大器”的输出值。并将实验结果填入表17-1。 T（℃） U（V） 表17-1 或：

33

湖南生物机电职业技术学院 自动检测实验指导书 1．打开电源，差动放大器增益放100倍，调节调零电位器，使差放输出为零。 2．差动放大器双端输入接入热电偶，打开加热开关，迅速将差动放大器输出调零。 3．随加热器温度上升，观察差动放大器的输出电压的变化，待加热温度不再上升时（达到相对的热稳定状态），记录电压表读数。

4．本仪器上热电偶是由两支铜－康铜热电偶串接而成，（CSY10B型实验仪为一支K分度热电偶），热电偶的冷端温度为室温，放大器的增益为100倍，计算热电势时均应考虑进去。用温度计读出热电偶参考端所处的室温t1。

E（t , to） = E（t , t1） + E（t1 , to） 实际电动势 测量所得电势 温度修止电动势

式中E为热电偶的电动势，t为热电偶热端温度，to为热电偶参考端温度为0℃，t1为热电偶参考端所处的温度。查阅铜－康铜热电偶分度表，求出加热端温度t。

5.CSY10B型实验仪的K分度热电偶如插入数字式温度表端口，则直接显示℃温度值。 注意事项：

因为仪器中差动放大器放大倍数≈100倍，所以用差动放大器放大后的热电势并非十分精确，因此查表所得到的热端温度也为近似值。

五、实验报告

1． 根据表17-1的实验数据，作出U-T曲线，分析K型热电偶的温度特性曲线，观察线性。 2．PT100温度与阻值将的关系：PT100在0oC时为100欧姆，每上升1oC，阻值增加0.38欧姆。

34

湖南生物机电职业技术学院 自动检测实验指导书

实验十八 正温度系数热敏电阻（PTC）温度特性测试实验

一、实验目的

1． 了解正温度系数热敏电阻基本原理； 2． 学习正温度系数热敏电阻特性与应用。 二、实验仪器

温度源、Pt100、PTC、2~20V稳压电源、万用表（两只）。 三、实验原理

热敏电阻工作原理同金属热电阻一样，也是利用电阻随温度变化的特性测量温度。所不同的是热敏电阻用半导体材料作为感温元件。热敏电阻的优点是：灵敏度高、体积小、响应快、功耗低、价格低廉，但缺点是：电阻值随温度呈非线性变化、元件的稳定性及互换性差。

正温度系数的热敏电阻（PTC）

PTC通常是由在BaTiO3和SrTiO3为主的成分中加入少量Y2O3和Mn2O3构成的烧结体， 其电阻随温度增加而增加。开关型的PTC在居里点附近阻值发生突变，有斜率最大的曲段，即电阻值突然迅速升高。PTC适用的温度范围为-50～120℃，主要用于过热保护及作温度开关。PTC电阻与温度的关系可近似表示为：

RT?RT0expB?T?T0? （54-1）

式中， RT——绝对温度为T时热敏电阻的阻值； RT0——绝对温度为T0时热敏电阻的阻值；

B——正温度系数热敏电阻的热敏指数。

四、实验内容与步骤

1．用两只万用表分别测量室温时Pt100与PTC的阻值。 2．将2~20V直流稳压电源调至5V，接至“加热器”。

3．温度慢慢上升，记录PT100与PTC的阻值变化，此时PT100变化反应温度的变化，PT100在0oC时为100欧姆，每上升1oC，阻值增加0.38欧姆。 五、实验报告

根据实验记录实验数据，绘制R（Ω）- t（℃）温度特性曲线。 六、注意事项

“加热器”不应长时间通电，实验完成即拔掉“加热器”输入电源。

35

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库新版本传感器实验指导书(7)在线全文阅读。