大作業(yè)實驗報告

1、計算機與信息學院檢測技術實習大作業(yè) 9 PN結溫度傳感器半導體 PN 結溫度傳感器是利用晶體二極管或三極管 PN 結的結電壓隨溫度線左移，即正向壓降減小，故成負溫度系數(shù)；反向特性曲線下移，即反向電流增大。一般在20C 附近，溫度每升高1C，其正向壓降減小22.5mV，基本上呈線性關系，比例系數(shù)約為-2mV/K。PN 結的反向電流是隨溫度呈指數(shù)規(guī)律變化，硅二極管的電流方程為：I=I0eqv/2KT I0=f(T)T3/2e-Eg/2KTI=f(T)T3/2e(qv-Eg)/2KT令 S=f(T)T3/2V=Eg/q-2KT/q(LnS-LnI)VF=Vgo-C1KT/qPN結溫度傳感器的優(yōu)點在于

2、具有較好的線性度、尺寸小、響應快、靈敏度高。但它的測溫范圍比較窄，一般在-50到 1509.1 PN結溫度傳感器溫度特性實驗、PN 結溫度傳感器適用于線路補償或普通溫度測量。度的升高，其正向特性曲線左移，即正向壓降減??；反向特性曲線下移，即反向電流增大。一般在室溫附近，溫度每升高 ，其正向壓降減小 22.5mV；溫度每升高 10C 1 倍左右。9.1.1實驗目的：9.1.1、了解PN結溫度傳感器的特性及工作情況。掌握敏感（傳感）元件的轉換原理、型號、使用方法，敘述輔助部分的設計和工作原理。9.2.1.2 實驗原理：晶體二極管或三極管的 PN PN結的結電壓在溫度每升高 1時，下降約2.2mV，

3、利用這種特性可做成各種各樣的PN結溫度傳感器。它具有線性好、時間常數(shù)小（0.22特點，測溫范圍為-50+150。計算機與信息學院檢測技術實習大作業(yè)9.1.3 實驗設備和元件：9.1.3.1 實驗設備：9 號溫度傳感器實驗模塊，5V 直流穩(wěn)定電源，02V數(shù)顯電壓表、輔助實驗用工具盒。9.1.3.2 其它設備：實驗臺溫控箱9.1.4 實驗內容：9.1.4.1、利用網(wǎng)絡或圖書館等，首先掌握敏感（傳感）元件的轉換原理、 3000 字的說明書。9.1.4.2、單獨畫出放大電路原理圖，并進行輸入阻抗、放大倍數(shù)等性能的分析。9.1.4.3、單獨畫出其他輔助電路原理圖，并說明其作用等。1. 溫度部分電源開關打

4、開。2. 9 號溫度傳感器特性實驗模塊接入試驗臺。3. 將直流穩(wěn)壓電源+5V接在 9 號溫度傳感器特性實驗模塊的+5V端。4. PN 0-2VPN結正向的結電壓并讀數(shù)。9.1.5 實驗結果與討論9.2.1.5.1、詳細記錄實驗結果。計算機與信息學院檢測技術實習大作業(yè)溫度 40二級壓 514 507 500 493 487 479 463 450 433mv）負溫熱敏電阻溫度（NTC）隨著溫度的升高阻值減少的電阻即為負溫熱敏電阻，簡稱 NTC。一般 NTC-50+300。熱敏電阻體積小，重量輕，熱慣性小，工作壽命長，價格便宜，且本身阻值大，無需考慮引線長度帶來的誤差，適用于遠距離傳輸。但它非線性

5、小，穩(wěn)定性差，有老化現(xiàn)象，一致性差。一般僅用于低精度測量。9.2 負溫熱敏電阻溫度特性實驗9.2.1 實驗目的：9.2.1.1、了解負溫熱敏電阻溫度（NTC）傳感器的特性及工作情況。9.2.2 實驗原理：隨著溫度的升高阻值減少的電阻即為負溫熱敏電阻，簡稱 NTC。一般 NTC 熱-50+300。熱敏電阻體積小，重量輕，熱慣性小，工作壽命長，價格便宜，且本身阻值大，無需考慮引線長度帶來的誤差，適用于遠距離傳輸。但它非線性小，穩(wěn)定性差，有老化現(xiàn)象，一致性差。一般僅用于低精度測量。9.2.3 實驗設備和元件：9.2.3.1 實驗設備：9 號溫度傳感器實驗模塊、數(shù)字歐姆表。9.2.3.2 其它設備：實

6、驗臺溫控箱。9.2.4 實驗內容：1. 安實驗要求接線。2. 打開試驗臺電源開關和溫控電源開關。3. 溫控箱從室溫升至 100 攝氏度。每提升 5 攝氏度記錄一次。4. 直接用歐姆表測 NTC 阻值。9.2.5 實驗結果與討論9.2.5.1、詳細記錄實驗結果。計算機與信息學院檢測技術實習大作業(yè)阻 值 5.41 5.09 4.77 4.35 3.95 3.72 3.22 2.89 2.53 2.24KLM35是由 National Semiconductor 所生產的溫度傳感器，其輸出電壓與攝氏溫標0 時輸出為 0V 1 10mV。LM35 LM35 不需要額外的校準處理即可達到 1/4的準確率

7、。 其電源供應模式有單電源與正負雙電源兩種，其接-溫度關系如圖 所示，在靜止溫度中自熱效應低(0.08)，單電源模式在 25下靜止電流約 50 ，工作電壓較寬，可在420V的供電電壓范圍內正常工作非常省電。9.3 集成溫度傳感器 LM35溫度特性實驗9.3.1 實驗目的：9.3.1.1、了解常用集成溫度傳感器 LM35 的基本工作原理、性能及應用9.3.2 實驗原理：-55+150之間溫度測量，線性關系。為克服溫敏晶體管 Ub 電壓生產時的離散性、均采用了特殊的差分電定溫度下，它相當于一個恒流源。因此它具有不易受接觸電阻、引線電阻、電壓噪聲的干擾。具有很好的線性特性。本實驗采用 LM35，LM

8、35 是電壓輸出型集成 TO-46 和 TO-92 見圖 9-4，LM35 的最大額定參數(shù)；電源電壓為+35V-0.2V，輸出電壓為+6V-1.0V 10mA TO-46 封裝時-60+180、TO-92 封裝是-60+150，工作溫度范圍為 LM35 和 LM35A 是-55+150、LM35C 和 LM35A是-40+110、LM35D 是 0+100。LM35 特點：可直接校正攝氏溫度；線性溫度系數(shù)為+10.0mV/-55+150工作電壓范圍為 430V1/4 1mA 負載時為 0.1 。計算機與信息學院檢測技術實習大作業(yè)LM35 構成+2+150溫度傳感器電路，輸出 Uo=+1500m

9、V 相當于+150、Uo=+25、Uo=-550mV 相當于-55。實驗原理見右圖。9.3.3 實驗設備和元件：9.3.3.1 實驗設備：9 12V 與5V 直流電源，02V數(shù)顯單元輔助實驗用工具盒。9.3.3.2 其它設備：實驗臺溫控箱。9.3.4 實驗內容：1. 安要求對 9 號試驗模塊進行接線。2. 將 9 號溫度傳感器實驗模板接上+12V 電源（GND 也要與試驗臺的 GND 相3. 溫度從 40 攝氏度開始每隔 5 攝氏度讀數(shù)一次上限不超過 125 攝氏度。4. 根據(jù)所得數(shù)據(jù)計算此范圍內集成溫度傳感器的非線性誤差。計算機與信息學院檢測技術實習大作業(yè)9.3.5實驗結果與討論9.3.5.

10、1、詳細記錄實驗結果。65544756mv熱電阻度升高而減小的是負溫度系數(shù)，使用時取其分壓放大后 AD轉換即可。熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測量精確度是最高的，它不僅廣泛應用于工業(yè)測溫，而且被制成標準的基準儀。（1）熱電阻測溫原理及材料熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應用最多的是鉑和銅，此外，缺點：PT100/PT1000-200850。PT100（或 PT1000）即 0度時阻值為 100歐姆（或 1000歐姆），根據(jù)測量的精度選擇。金屬鉑材料的優(yōu)點是化學

11、穩(wěn)定性好、能耐高溫，容易制得純鉑，又因其電阻率大，可用較少材料制成電阻，此外其測溫范圍大。它的缺點是：在還原介質中，特別是在高溫之間的關系。CU50型熱電阻：銅電阻，溫度范圍-50150。銅熱電阻的價格便宜，線件度好，工業(yè)上在-50+150范圍內使用較多。銅熱電阻怕潮濕，易被腐蝕，熔點亦低。（2）熱電阻的結構度測量帶來影響。為消除引線電阻的影響同般采用三線制或四線制。鎧裝熱電阻：由感溫元件（電阻體）、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而 2 8mm mm計算機與信息學院檢測技術實習大作業(yè)它有下列優(yōu)點：體積小，內部無空氣隙，熱慣性上，測量滯后小；機械性能好、耐振，抗沖擊；能彎曲，便于安裝使用壽命長。

12、量軸瓦和其他機件的端面溫度。爆型熱電阻可用于 BlaB3c 級區(qū)內具有爆炸危險場所的溫度測量。（3）熱電阻測溫系統(tǒng)的組成兩點：熱電阻和顯示儀表的分度號必須一致為了消除連接導線電阻變化的影響，必須采用三線制接法。導體的電阻值隨溫度變化而改變，通過測量其阻值推算出被測物體的溫度，利用此原理構-200500溫度范圍內的溫度測量。純金屬是熱電阻的主要制造材料，熱電阻的材料應具有以下特性：電阻溫度系數(shù) 要大而且穩(wěn)定，電阻值與溫度之間應具有良好的線性關系。電阻率高，熱容量小，反應速度快。目前，在工業(yè)中應用最廣的 鉑和銅，并已制作成標準測溫熱電阻。鉑電阻與溫度之間的關系接近于線性（如右圖） ，在 0630.

13、74范圍內可用下式表示 Rt=R0(1+At+Bt2) 在-1900范圍內為 Rt=R0(1+At+Bt2 十Ct3) 。式中：RORt 為溫度 0及 t時鉑電阻的電阻值， t 為任意溫度， AB、計算機與信息學院檢測技術實習大作業(yè)C 為溫度系數(shù)，由實驗確定，A=3.9684 10-3/ ，B=-5.847 10-7/ 2，C=-4.22 10-l2/3。由公式可看出，9.4 鉑電阻溫度特性實驗9.4.1實驗目的：9.4.1.1、了解鉑電阻的特性與應用9.4.2 實驗原理：利用導體電阻隨溫度變化的特性，熱電阻用于測量時，要求其材料電阻溫度系數(shù)大，穩(wěn)定性好，電阻率高，電阻與溫度之間最好有線性關系

14、。常用鉑電阻和銅電阻、鉑電阻在 0630.74以內，電阻 Rt與溫度 t的關系為：Rt = R ( 1 + At + Bt )20R系溫度為 0時的電阻值。t=100At=3.9684*10 /Bt=-5.847*10 /,-2-70鉑電阻為三線連接，其中一段接二根引線主要為消除引線電阻對測量的影響。9.4.3實驗設備和元件：9.4.3.1實驗設備：9號溫度傳感器實驗模塊，k型熱電偶，Pt100熱電阻，12V與5V02V數(shù)顯單元輔助實驗用工具盒。9.4.3.2其它設備：實驗臺溫控箱。9.4.4實驗內容：1. 將 Pt100 鉑電阻接入 9 號模塊的鉑電阻接入座，接上 9 號模塊的所有電源，開關

15、撥向鉑電阻一側，鉑電阻的輸出端接 0-2V數(shù)顯表。2. 調節(jié) RP1 使數(shù)顯表顯示為0.3. 在常溫基礎上，將設定溫度值每隔 5 攝氏度讀一次數(shù)并記錄。關閉試驗臺電源開關。9.4.5實驗結果與討論9.4.5.1、詳細記錄實驗結果。溫 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85電 壓 277 279 280 282 284 286 287 289 290 292mv計算機與信息學院檢測技術實習大作業(yè)銅電阻在測溫精度要求不高，且測溫范圍比較小的情況下，可采用銅電阻做成熱電阻材料代替鉑電阻。 在-50150的溫度范圍內， 銅電阻與溫度成線性 關 系 ， 其 電 阻 與 溫 度 關 系

16、 的 表 達 式 為 Rt=R0(1+At)(2-3) 式 中 ，A=4.2510-34.2810-3為銅電阻的溫度系數(shù)。9.5 銅電阻溫度特性實驗9.5.1實驗目的：9.5.1.1、了解銅電阻測溫原理及應用。9.5.2 實驗原理：銅電阻的電阻值與溫度的關系一般為：R=Ro1=a(t-to)式中 R為溫度是 t時的電阻值，a是電阻溫度系數(shù)，銅電阻是用直徑為0.1mm的絕緣銅絲繞在絕緣骨架上制作而成的，線外加保護樹脂，銅電阻的優(yōu)點a值大。缺點是易氧化，氧化后線性度會變差。所以一般用于檢測較低的溫度。在 0是時銅電阻阻值是 50。9.5.3實驗設備和元件：9.5.3.1實驗設備：9號溫度傳感器實驗

17、模塊，k型熱電偶，Cu50銅電阻，12V與5V直流電源，02V數(shù)顯單元輔助實驗用工具盒。9.5.3.2其它設備：實驗臺溫控箱。9.5.4實驗內容：1. 9 號溫度傳感器特性實驗模塊接上 Cu50 傳感器，開關 K撥向銅電阻一側。2. 接上 9 0-2V RP1 使數(shù)顯表顯示為零。3.在常溫基礎上每隔 5 攝氏度讀取數(shù)顯表數(shù)值并記錄。關閉試驗臺電源開關。9.5.5實驗結果與討論9.5.5.1、詳細記錄實驗結果。65度284288mv計算機與信息學院檢測技術實習大作業(yè)熱電偶利用不同金屬的熱效應，產生電勢差，其溫度范圍很寬，一般用來測量幾百度的溫度。熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一。其優(yōu)點是：

18、測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質的影響。測量范圍廣。常用的熱電偶從-50+1600均可邊續(xù)測量，某些特殊熱電偶最低可測到-269（如金鐵鎳鉻），最高可達+2800（如鎢-錸）。大小和開頭的限制，外有保護套管，用起來非常方便。（1）熱電偶測溫基本原理溫度。由于它必須有兩種不同材質的導體，所以稱之為“熱電偶”。不同材質做是指加熱點溫度變化 1時，輸出電位差的變化量。對于大多數(shù)金屬材料支撐的熱電偶而言，這個數(shù)值大約在 540mV之間。有極高的響應速度，可以測量快速變化的過程。（2）熱電偶的結構形成組成熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固；兩個熱電極彼此之間應很好地絕緣，以防短路；補償

19、導線與熱電偶自由端的連接要方便可靠；保護套管應能保證熱電極與有害介質充分隔離。（3）熱電偶冷端的溫度補償計算機與信息學院檢測技術實習大作業(yè)熱電偶自由端溫度為 0，由熱電偶測溫原理知道，只有當熱電偶冷端溫度沖端溫度難以保持恒定。為此必須進行冷端溫度補償處理。的冷端（自由端）延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內，連接到儀表端子上。必須指還需采用其他修正方法來補償冷端溫度 t00時對測溫的影響。在使用熱電偶補償導線時必須注意型號相配，極性不能接錯，補償導線與熱電偶連接端的溫度不能超過 100。熱電偶的種類目前，國際電工委員會 （IEC）推薦了 8 種類型的熱電偶作為標準化熱電偶，即為 T 型、E 型、J 型

20、、K 型、N 型、B 型、R 型和 S 型。測量。標準化熱電偶我國從 1988年 1月 1日起，熱電偶和熱電阻全部按 IEC國際標準生產，并指定SBEKRJT七種標準化熱電偶為我國統(tǒng)一設計型熱電偶。各種熱電偶的測量范圍和優(yōu)缺點：S型熱電偶：鉑銠 10-鉑熱電偶，溫度范圍 01600，舊分度號 LB-3。優(yōu)點：耐熱性、安定性、再現(xiàn)性良好及較優(yōu)越的精確度；耐氧化、耐腐濁性良好；金屬蒸氣）；補償導線誤差大；價格高昂。R型熱電偶：鉑銠 13-鉑熱電偶，溫度范圍 01600。優(yōu)點：耐熱性、安定性、再現(xiàn)性良好及較優(yōu)越的精確度；耐氧化、耐腐濁性良好；可以做為標準使用。缺點：熱電動勢值??；在還元性氣體環(huán)境較脆

21、弱（特別是氫、金屬蒸氣）；補償導線誤差大；價格高昂。B 30-鉑銠 6 6001800 LL-2，自由端在 050內可以不用補償導線。優(yōu)點：適用 1000以上至 1800；在常溫環(huán)境下熱電動勢非常小，不需補償導線；耐氧化、耐腐濁性良好；耐熱性與機械強度較 R型優(yōu)良。缺點：在中低溫域之熱電動勢極小，600以下測定溫度不準確；熱電動勢值小；熱電動勢之直線性不佳；價格高昂。計算機與信息學院檢測技術實習大作業(yè)K-2001300。1000性屬良好。缺點：不適用于還元性氣體環(huán)境，特別是一氧化碳、二氧化硫、硫化會產生誤差,價格便宜等優(yōu)點，能用于氧化性惰性氣氛中。廣泛為用戶所采用N-2701300。優(yōu)點：熱電

22、動勢之直線性良好；1200以下耐氧化性良好；為 K型之改良型，受 GreenRot之影響較小，耐熱溫度較K型高。缺點：不適用于還元性氣體環(huán)境；熱電動勢與貴金屬熱電偶相比較經時變化較大。E型熱電偶：是一種廉金屬的熱電偶，正極（EP）為：鎳鉻10 合金，化學成分與 KP 相同，負極（EN）為銅鎳合金，名義化學成分為：55%的銅，45%的鎳以及少量的錳，鈷，鐵等元素。該熱電偶的使用溫度為-200900。E 型熱電偶的特點:熱電動勢之大，靈敏度之高屬所有熱電偶之最，宜制成高的環(huán)境。E -康銅熱電偶，價格便宜等優(yōu)點，能用于氧化性和惰性氣氛中，廣泛為采用。E 差J-2101200。優(yōu)點：可使用于還元性氣體

23、環(huán)境；熱電動勢較K熱電偶大 20%；價格較便宜，適用于中溫區(qū)域。缺點：()腳易生銹；再現(xiàn)性不佳。T-270400。優(yōu)點：熱電動勢之直線性良好；低溫之特性良好；再現(xiàn)性良好、高精度；可使用于還元性氣體環(huán)境。缺點：使用溫度限度低。9.6 K型熱電偶測溫實驗9.6.1實驗目的：9.6.1.1、了解 K型熱電偶測量溫度的性能及應用范圍。9.6.2 實驗原理;會產生熱電勢，這就是熱電效應。溫度高的接點就是工作端，也稱為熱端，將其置于被測溫度場合配以相應的電路就可以間接測量溫度值。9.6.3實驗設備和元件：9.6.3.1實驗設備：9號溫度傳感器實驗模塊，12V直流電源，02V數(shù)顯計算機與信息學院檢測技術實習大作業(yè)單元輔助實驗用工具盒。9.6.3.2 其它設備：實驗臺溫控箱。9.6.4 實驗內容：1. 9 號溫度傳感器特性實驗模塊接上 K型熱電偶。2. 接入正負 12V OUT玉數(shù)顯表輸入端相連。A1 與 A2短路讀儀器放大器輸出端的初始值。3. K型熱電偶傳感器分別接 A1和 A2 K型熱電偶接口直接與儀器放 50 =OUT-初值/50。4. 在 40 攝氏度到 1