温度传感器的特性研究本科论

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1、目录引言11温度传感器的类型12温度传感器的特性测量22.1实验仪器简介22.2PN结温度传感器的温度特性测量22.3电压型集成温度传感器（LM35）输出电压与温度特性的测量42.4负温度系数热敏电阻（NTC1K）温度传感器温度特性的测量63不同温度传感器的数字温度计的设计83.1PN结数字温度计的设计83.2LM35数字温度计的设计93.3NTC1k数字温度计的设计103.4不同温度传感器的温度计评估104温度传感器的应用及发展前景114.1温度传感器的应用114.2温度传感器的发展前景11结束语12参考文献12英文摘要12致谢1

2、3忻州师范学院物理系本科毕业论文（设计）温度传感器的特性研究物理系1003班姓名马娇指导教师李建英摘要：温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器，通过检测物理量而可知其温度的器件。本文从实验角度研究PN结、LM35、NTC1K温度传感器的温度特性。在此基础上对其定标并设计数字温度计，与传统温度计进行测温比较，显示出PN结、LM35、NTC1K数字温度计在测温方面具有精度高，反应快，读数简单等优越性。最后探讨了数字温度计的应用领域和发展前景。关键词：温度传感器；PN结；数字温度计引言温度是表征物体冷热程度的物理量，是一个与

3、人们生活环境密切相关的物理量,也是一种在生产、科研、生活中需要测量和控制的重要物理量,是国际单位制七个基本量之一。传统温度计在测量的过程中，往往有一定的限制性，不容易测量，而且很容易产生误差，测量结果不准确。最早的温度传感器大约是380年前伽利略制成的气体膨胀式温度计，伴随着材料和加工技术的发展,温度传感器逐渐发展成目前应用最广泛的一种传感器。温度传感器的出现，给温度的测量带来一定的便利性和可操作性，尤其是数字温度计的出现，它克服了传统温度计的一系列缺点，因此被广泛应用于工农业生产、科学研究和生活等领域。因为温度传感器还有发展的空间

4、，所以研究本课题具有重要的意义。1温度传感器的类型温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。从17世纪初人们开始利用温度进行测量。在半导体技术的支持下，本世纪相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。与之相应，根据波与物质的相互作用规律，相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。　温度传感器有四种主要类型：热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器（RTD）和IC温度传感器。IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。表1.1常用的温度传感器类型与应用类型传感器测温范围/℃特点热铂电阻-200—650准确度

5、高12忻州师范学院物理系本科毕业论文（设计）电阻铜电阻-50—150测量范围大半导体热敏电阻-50—150电阻率大、温度系数大、线性差、一致性差热电偶铂铑-铂(s)0—1300用于高温测量、低温测量两大类，应用不方便（零点补偿）铂铑-铂铑0—1600镍-镍硅0—1000镍铬-康铜-200—750铁—康铜-40—600其它PN结-50—150体积小、灵敏度高、线性好、一致性差IC温度传感器-50—150线性度好，一致性好2温度传感器的特性测量2.1实验仪器简介FD-BHM-B温度传感器特性及人体温度测量试验仪是用于测量PN结温度传感器

6、、LM35温度传感器、NTC1K温度传感器的温度特性。FD-BHM-B温度传感器特性及人体温度测量试验仪通电后除了测量仪表、放大器及实验电源外，实验电路要插上仪器提供的直流稳压电源（+5v)后才能工作。加热前先调好控温仪，按面板电路图指示插好实验电路，将控温传感器（Pt100）插入干井式恒温加热炉的一个井孔，待测传感器插入另一井孔就能进行实验。为节省时间可同时进行多种传感器的实验，只要把数字电压表分别测量待测传感器输出即可。图2.1FD-BHM-B实物图2.2PN结温度传感器的温度特性测量2.2.1PN结温度传感器的测温原理12忻州

7、师范学院物理系本科毕业论文（设计）PN结温度传感器是利用半导体PN结的正向结电压对温度依赖性实现对温度检测的，实验证明在一定电流通过的情况下，PN结的正向电压与温度之间有较好的线性关系。将硅三极管b、c极短路，用b、e极之间的PN结作为温度传感器测量温度。硅三极管基极和发射极间正向导通电压一般约600mV（25℃），且与温度成反比。线性良好，温度系数约为-2.3mV/℃，测量精度高，测温范围可达-50℃—150℃。通常PN结组成二极管的电流I和电压U满足2.1式(2.1)在常温条件下，且U>0.1V时，2.1式可近似为：(2.2)2

8、.2式中；玻尔兹曼常数；T为热力学温度；Is为反向饱和电流。正向电流保持恒定且电流较小条件下，PN结的正向电压U和热力学温度T近似满足下列线性关系(2.3)（2.3式中为半导体材料在T=0K时的禁带宽度，B为PN结的结电压温度系数。）