热学综合实验

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1、温度传感器温度特性研究与应用摘要：测量PT100、PN结、LM35、负温度系数热敏电阻的温度特性并绘制温度特性曲线。同时利用LM35设计一个简易的温度测试和控制温度的电路。关键词：温度特性，温度传感器，测温，控温。引言：温度是一个重要的热学物理量，它不仅和我们的生活环境密切相关，在科学及生产过程中，温度的变化对实验及生产的结果也是至关重要的，所以温度传感器的应用更是十分广泛的。【实验原理】温度传感器是利用一些金属、半导体等材料与温度相关的特性制成的。常用的温度传感器的类型、测温范围和特点见表1。本实验

2、将通过测量几种常用的温度传感器的特征物理量随温度的变化，来了解这些温度传感器的工作原理。表1常用的温度传感器的类型和特点类型传感器测温范围(°C)特点热电阻铂电阻−200~650准确度高、测量范围大铜电阻−50~150镍电阻−60~180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、必须有恒温参考点（如冰点）铂铑-铂铑（B）0~1600镍铬-镍硅（K）0~1000镍铬-康铜（E）−20~7503铁-康铜（J）−40~60

3、0其PN结温度传感器−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1．Pt100铂电阻温度传感器Pt100铂电阻是一种利用铂金属导体电阻随温度变化的特性制成的温度传感器。铂的物理性质、化学性质都非常稳定，抗氧化能力强，复制性好，容易批量生产，而且电阻率较高。因此铂电阻大多用于工业检测中的精密测温和作为温度标准。显著的缺点是高质量的铂电阻价格十分昂贵，并且温度系数偏小，由于其对磁场的敏感性，所以会受电磁场的干扰。按IEC标准，铂电阻的测温范围为−200°C

4、~650°C。每百度电阻比W(100)=1.3850，当R0=100Ω时，称为Pt100铂电阻，R0=10Ω时，称为Pt10铂3电阻。其允许的不确定度A级为：±(0.15°C+0.002t)。B级为：±(0.3°C+0.05t)。3铂电阻的阻值与温度之间的关系,当温度t=−200°C~0°C之间时，其关系式为：（1）3当温度在t=0~650°C之间时关系式为：3（2）3（1）、（2）式中Rt,R0分别为铂电阻在温度t°C,0°C时的电阻值，A,B,C为温度3系数，对于常用的工业铂电阻：A=

5、3.90802×10−3(°C)−1B=−5.80195×10−7(°C)−1C=−4.27350×10−12(°C)−13在0°C~100°C范围内Rt的表达式可近似线性为：（3）3−3（3）式中A1温度系数，近似为3.85×10Rt=100Ω；而100°C时Rt=138.5Ω。(°C)−1，Pt100铂电阻的阻值，其0°C时，32.热敏电阻(NTC,PTC)温度传感器：3热敏电阻是利用半导体电阻阻值随温3度变化的特性来测量温度的，按电阻值随温度升高而减小或增大，分为NTC型(负温度系数)、P

6、TC型(正温度系数)和CTC（临界温度）。热敏电阻电阻率大温度系数大，但其非线性大，置换性差稳定性差，通常只适用于一般要求不高的温度测量。以上三种热敏电阻特性曲线见图1。在一定的温度范围内（小于450°C）热敏电阻的电阻Rt与温度T之间有如下关系：3（4）3（4）式中R0是温度为T(K),T0(K)时的电阻值(K为热力学温度单位开)；B是热3敏电阻材料常数，一般情况下B为2000~6000K。对一定的热敏电阻而言，B为常数，对上式两边取对数，则有3(5)3由（5）式可见，lnRT与1/T成线性关系，

7、作lnRT~(1/T)曲线，用直线拟合，由斜率可求出常数B。3．电压型集成温度传感器（LM35）：LM35温度传感器，标准T0−92工业封装，其准确度一般为±0.5°C。（有几种级别）由于其输出为电压，且线性极好，故只要配上电压源，数字式电压表就可以构成一个精密数字测温系统。内部的激光校准保证了极高的准确度及一致性，且无须校准。输出电压的温度系数KV=10.0mV/°C，利用下式可计算出被测温度t(°C)：3即：（6）3LM35温度传感器的电路符号见图2，Vo为输出端实验测量时只要直接测量其输出端电

8、压Uo，即可知待测量的温度。4.PN结温度传感器：PN结温度传感器是利用半导体PN结的结电压对温度依赖性，实现对温度检测的，实验证明在一定的电流通过情况下，PN结的正向电压与温度之间有良好的线性关系。通3常将硅三极管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3极和发射极间正向导通电压Vbe一般约为600mV(25°C)，且与温度成反比。线性良好，温度系数约为−2.3mV/°C,测温精度较高，测温范围可达−50°C~150°