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温度传感器
实验一铂电阻温度传感器的特性及温度测量
一.实验目的:
了解铂电阻的温度特性与应用。
二.基本原理:
金属铂电阻的性能十分稳定,在-260~+630℃之间,铂热电阻用作标准温度计;在0~+630℃之间铂电阻与温度呈如下关系:
Rt=R0(1+AT+BT2)
式中:
R0=1000Ω;A=0.3974973×10-2;B=-0.58973×10-6。
恒压型的铂测温电路如图1-1,该电路也是常用的测温电路之一。
其中Vin为恒定输入电压;W1用于零点调整;W2用于范围调整。
该电路的输出电压Vout为:
Vout=
Vin(1-1)
由式(1-1)可知,在恒压条件下,其输出电压取决于Vin和R1。
当R1=22KΩ,Vin=10V时,在0~100℃范围内,电路灵敏度为1.89mV/℃(由式1-1推导)。
为了使用方便,得到10mV/℃温度灵敏度,运算放大器的增益应调为5.29倍。
三.需要的元件和设备:
1.实验电路板;
2.铂电阻;
3.金属膜电阻:
1M×4、47K×1、22K×2、1K×1;
4.50可调V、10K可调×2;
5.运算放大器AD548;
6.跳线若干;
7.万用表,温度计。
四.实验步骤:
1.用万用表测量铂电阻常温下的阻值和接触热源(手、热水等)后的阻值;由式(1-1)来得出测量物的温度;
2.按图1-1在实验电路板上搭建好电路,仔细检查接线,可参照接线图1-2;
3.用相当于0℃的电阻值的1KΩ电阻代替铂电阻于电路连接。
打开电源,观察电压,用电位器W1调整零点。
4.连接一只相当于100℃的电阻1.385KΩ(可由铂电阻在100℃下得到),用W2调整增益,使输出电压为1V;
5.用铂电阻换下替代电阻,进行温度测量,并用温度计进行验证。
完成下面表格填写;
6.作温度特性曲线;
7.DRVI使用脚本“开放式传感器实验”。
表1-1
温度(℃)
电压(mV)
输出电压(mV)
温度(℃)
图1-1
图1-2
实验二K型热电偶的特性及温度测量
一.实验目的:
了解热电偶的温度特性与应用
二.基本原理:
K型热电偶的温差电势表:
表1-1
温度(℃)
-100
0
+100
+200
+300
+400
+500
+600
电势(mV)
+3.553
0
+4.095
+8.137
+12.207
+16.395
+20.640
+24.902
K型热电偶的温差电势近似公式为:
V0=-0.776+24.9952Vin-0.037332Vin2(mV)(2—1)
根据表1-1所示,K型热电偶的温差电势,在0℃时,温差电势是0,600℃时对应的温差电势是24.902mV。
为实现0~600℃时对应的温差电势的放大,且对于0~600℃的温差电势,放大器输出0~6000mV,故运算放大器的增益为240.94倍。
三.需要的元件和设备:
1.实验电路板;
2.K型热电偶;
3.运算放大器OP07;
4.1.3KΩ、300KΩ电阻;
5.33KΩ可调电阻;
6.跳线若干;
7.温度计,热源。
四.实验步骤:
1.搭建电路如图2-1所示,仔细检查接线,可参照接线图2-2,最后接入热电偶;
图2-1
图2-2
2.将电偶贴近热源,调节电位器W1,使运放输出电压满足10mV/℃。
调节热源温度,反复调节电位器,使其满足要求;
3.因为此电路不带冷端补偿,所以热电偶测得温度应该加上室温。
将测得结果填入下表;
4.做出温度特性曲线;
5.DRVI使用脚本“开放式传感器实验”。
表2-1
温度(℃)
电压(mV)
输出电压(mV)
温度(℃)
实验三二极管温度传感器的特性及温度测量
一、实验目的:
硅二极管用于温度测量具有简单价廉的优点。
通过实验了解PN结温度传感器的工作原理和测量应用。
二、基本原理:
二极管的输出电压为:
V
Vg-KT(3-1)
式中Vg为禁带宽度,T为绝对温度。
当电流一定时,K为常数。
因此,PN结两端的电压于温度成线性关系。
三、需要的元件和设备:
1.实验电路板;
2.温敏二极管;
3.运算放大器LM358;
4.电阻:
22KΩ×2,100KΩ×2,500KΩ×1;
5.5KΩ可调电阻;
6.跳线若干。
四、实验步骤:
1.如图3-1,在实验电路板上搭建电路,仔细检查接线,可参照接线图3-2;
2.将二极管冰水混合物,以此作0℃装置,调整电位器W1,使运算放大器输出零;
3.将二极管贴近热源,记录运放的输出电压;
4.调节热源温度,重复步骤2,完成下表的填写;
5.作出温度特性曲线;
6.DRVI使用脚本“开放式传感器实验”。
表1-1
温度(℃)
电压(mV)
输出电压(mV)
温度(℃)
图3-1。
图3-2
实验四三极管温度传感器的特性及温度测量
一.实验目的:
三极管可以制成高精度、超小型的温度传感器,它能大批量生产,价格低廉。
利用集成电路制作工艺,可与放大电路一起制成集成化的温度传感器。
通过本实验,了解三极管的温度特性以及温度测量电路。
二.基本原理:
由晶体管的特性分析知道,硅三极管的Vbe电压与绝对温度T和集电极电流Ic之间由如下关系:
Vbe=Eg-(
)ln(
)
式中:
Eg为PN结的禁带宽度;
α为与基极偏压有关的常数;
γ为由基区少数载流子的温度特性决定的常数;
Q为单位电荷;
k为波耳兹曼常数。
因此,当Ic恒定时,在温度不太高的情况下,Vbe与温度T成线性关系。
三.需要的元件和设备:
1.实验电路板;
2.三极管温度传感器;
3.运算放大器OP07;
4.20KΩ,100KΩ电阻;
5.聚苯烯电容104uF;
6.跳线若干。
四.实验步骤:
1.如图4-1,在实验电路板上搭建电路,仔细检查接线,可参照接线图4-2;
2.将三极管贴近热源,记录运放的输出电压;
3.调节热源温度,重复步骤2,完成下表的填写;
4.作出温度特性曲线;
5.DRVI使用脚本“开放式传感器实验”。
表1-1
温度(℃)
电压(mV)
输出电压(mV)
温度(℃)
图4-1
图4-2
实验五集成温度传感器的特性及温度测量
一.实验目的:
了解集成温度传感器AD590的工作原理,掌握温度测量电路。
二.基本原理:
AD590的输出电流与绝对温度成比例,像一个高阻抗的恒流源。
电流与温度的关系为1uA/K。
AD590应用中不需要采用线性电路,精密电压放大器,电阻测量电路和冷端补偿。
三.需要的元件和设备:
1.实验电路板;
2.集成温度传感器AD590;
3.1KΩ电阻;
4.跳线若干。
四.实验步骤:
1.如图5-1,在实验电路板搭建好电路,仔细检查接线;
2.将AD590贴近热源,记录运放的输出电压;
3.调节热源温度,重复步骤2,完成下表的填写;
4.作出温度特性曲线;
5.DRVI使用脚本“开放式传感器实验”,例如在25℃室温下,输出电压值为298.2mV,(换算关系为298.2—273.2=25),测量温度时,电压与温度关系为1mV/K。
表1-1
温度(℃)
电压(mV)
输出电压(mV)
温度(℃)
图5-1图5-2
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