实验41温度传感器特性研究---讲义

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1、设计性实验实验四计温度传感器特性研究【实验目的】1、了解热敏电阻(NTC)的温度特性及其测温原理。2、掌握川非平衡电桥测g电压信兮的原理，了解其应用。【实验仪器与器材】九孔板，DH-VC1直流恒压源恒流源，DH-SJ5型温度传感器实验装置，数字万用表，电阻箱。【提示与要求】温度是表征物体冷热程度的物理量。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量。测温传感器就足将温度信总转换成易于传递和处理的电信号的传感器。热电阻式传感器足利川导电物体的电阻率随溫度而变化的效应制成的传感器。热电阯是中低温区最常用的一种溫度检测器。它的主要特点是测f

2、i精度高，性能稳定。它分为金属热电阻和半导体热电阻两大类。常用的热电阻有钔热电阻、热敏电阻和铜热电阻。1、PtlOO铂电阻的的测温原理金属铂(Pt)的电阻值随温度变化而变化，并且具有很好的重现性和稳定性，利用铂的此种物理特性制成的传感器称为铂电阻温度传感器，通常使用的铂电阻温度传感器零度阻位为100Q,电阻变化率为0.3851Q/°c。铂电阻温度传感器精度a,稳定性好，应用温度范围广,是中低温区(-200〜650°C)最常用的一种温度检测器，不仅广泛％用于工业测温，而且被制成各种标准温度计(涵盖国家和世界基准温度)供计量和校准使用。按I

3、EC751国际标准,温度系数TCR=O.003851,PtlOO(R0=100Q)>PtlOOO(R0=1000Q)为统一设计型钔电阻。TCR=(R100-R0)/(R0X100)(1)100°C时标准电阻值R100=138.51Qo100'C时标准电阻值R1000=1385.1Q0PtlOO钔电阻的阻值随温度变化而变化计算公式：-200

4、.90802X103C1；B=-5.802X107C'2；C=-4.27350X1012C_4。2、热敏电阻温度特性原理(NTC型)热敏电叽是m值对温度变化非常敏感的一种半导体电m，它有负温度系数和正温度系数两种。负温度系数的热敏电阻(NTC)的电阻率随肴温度的升商而下降(一般足按指数规律)；而正温度系数热敏电肌(PTC)的电阻率随着温度的升®而升高；金属的电肌率则是随温度的升®而缓慢地上升。热敏电阻对于温度的反应要比金属电阻乂敏得多，热敏电阻的体积也可以做得很小，用它来制成的半异体温度计，己广泛地使用在动控制和科学仪器屮，并在物理、化

5、学和生物学研究等方面得到了广泛的应用。在一定的温度范围内，半导体的电阻率p和温度r之间有如下关系：p=A，/r(4)式屮山和b是与材料物理性质冇关的常数，r为绝对温度。对于截ifti均匀的热敏电阻，其阻值心可用K式表示：尺7，二P—(5)式巾心的单位为p的单位为Dcm单位为cm2。将(4)式代入(5)式，令As/为两电极间的距离，单位为cm，S为电m的横截面积，B/T1于是可得：Rr=Ae对一定的电阻而言，A和6均为常数。对(6)式两边取对数，则奋ln7?r=By+InA•与

6、/戊线性关系，式中〜为在温度T(K)^[图1的电肌值⑹)，A

7、为在菜温度时的电阻值⑹)，B为常数(/Q,其值与半导体材料的成分和制造方法冇关。图1表示了热敏电m(NTC)与普通电

8、町的不同温度特性。3、热电阻的引线方式目前热电阻的引线主要有三种方式1、二线制：如阁2所示，在热屯01的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制：这种引线方法很简单，但由干连接导线必然存在引线电阻r,r人小与异线的材质和长度的因素有关，因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合。2、三线制：如图3所示，在热电阻的根部的一端连接一根引线，另一端连接两根引线的方式称为三线制，这种方式通常与屯桥配袞使用，可以较好的消除引

9、线电阻的影响，是丁.业过程控制中的最常用的引线电阻。3、四线制：如阁4所示，在热电阻的根部W端各连接W根导线的方式称为四线制，其中W根引线为热电阻提供恒定电流I，把R转换成电灰信号U,再通过另两根引线把U引至二次仪表。可见这种引线方式可完全消除引线的电附影响，主要用于高精度的温度检测。图2E电源6122流电源Rt温度传感器图3出号输信O•E.r引线电缆电阻Rl、Rl、R3外加桥臂电阻温度传感器r导线电阻图43、NTC型热敏电阻温度特性的实验研究设计要求1、根据前面的介绍和提示，利用木实验所给的元件，选择合适的引线方式（参考图2、图3、图

10、4）,运川万川表，研究不同温度卜*（从室温到100°C）热敏电阻（NTC）的温度传感特性，每隔5°C（或自定度数）测一个数裾，将测県数裾逐一记录在表格闪。木实验的热敏电阻NTC温度传感器25°C的阻值为5K