温度传感器的温度特性研究

温度传感器的温度特性研究实验讲义1前言“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，在科研及生产过程中，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。【实验目的】1．测量590AD典型温度传感器的温度特性。2．了解温度传感器的原理与应用，学会用温度传感器组装数字式温度测量仪表。3.用几种常用的温度传感器组装温度测量仪表（显示）与温度控制装置。【实验仪器】Ⅰ-FB716型物理设计性（热学）实验装置1套。【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。本实验将通过测量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。电流型集成电路温度传感器（590AD）：590AD是一种电流型集成电路温度传感器。其输出电流大小与温度成正比。它的线性度极好，590AD温度传感器的温度适用范围为C150~55，灵敏度为K/A1。它具有高准确度、动态电阻大、响应速度快、线性好、使用方便等特点。590AD是一个二端器件，符号如图1所示：图1图2590AD等效于一个高阻抗的恒流源，其输出阻抗M10，能大大减小因电源电压变动而产生的测温误差。2590AD的工作电压为V30~4，测温范围是C150~55。对应于热力学温度T，每变化K1，输出电流变化A1。其输出电流)A(Io与热力学温度)K(T严格成正比。其电流灵敏度表达式为：ln8Re3kTI（7）式（7）中e,k分别为波尔兹曼常数和电子电量，R是内部集成化电阻。将538R,K/mV0862.0e/k代入（9）中得到K/A000.1TI（8）在C0T时其输出为A15.273(590AD有几种级别，一般准确度差异在A5~3)。因此，590AD的输出电流oI的微安数值就代表着被测温度的热力学温度值（K）。590AD的电流-温度（T~I）特性曲线如图2所示：其输出电流表达式为：BTAI(9)式（9）中A为灵敏度，B为K0时输出电流。如需显示摄氏温标)C(则要加温标转换电路，其关系式为：15.273Tt(10)590AD温度传感器其准确度在整个测温范围内C5.0，线性极好。利用590AD的上述特性，在最简单的应用中，用一个电源，一个电阻，一个数字式电压表即可用于温度的测量。由于590AD以热力学温度K定标，在摄氏温标应用中，应该进行C的转换。【实验内容】1、电流型集成温度传感器（590AD）温度特性的测试：按图3接线，在环境温度高于摄氏零度时，先把温度传感器放入致冷井中，利用半导体致冷把温度降到C0，并以此温度作为起点进行测量，每隔C10测量一次，直到需要待测温度高于环境温度时，就把温度传感器转移到加热干井中，然后开启加热器，控温系统每隔C10设置一次，待控温稳定min2后，测试k1电阻上电压。操作方法同上。3图3提示：由于工作电源只能轮流对加热井或致冷井服务，所以在使用热电偶时，自由端的基准电压需要另外采取一定措施，可参照以下方法：（1）用保温瓶盛放冰水混合物作为自由端的基准温度C0。（2）以室温0t作为基准温度，以0tt作为温度差，测量并计算温差电动势。【实验步骤】1、按相应的实验线路图，在元件箱中选取合适的元器件；2、把元器件合理分布在九孔实验板上，用导线或短路片连接成实际实验线路；3、根据需要温度,把温度传感器插入加热井或致冷井；（在温控仪内控时，必须把100HJK温度控制仪的1K两个插孔用导线短接，温控仪才能正常工作）4、根据需要温度,设置好加热井或致冷井温度；5、将不同温度下测量到的传感器的输出数据逐一记录到表格中，待数据处理。【数据处理】处理实验数据表1590AD温度特性测试数据表格序号1234567891011)C(t0102030405060708090100)V(U)A(II为从k000.1电阻上测得电压换算所得（R/UI，用最小二乘法进行直线拟合得：K/A__________A，____________r。4【注意事项】1．温控仪温度稳定地达到设定值所需要的时间较长，一般需要min15~10左右，务必耐心等待。2．为节省实验时间，提高实验效率，同学们可以合理安排实验步骤。3.由于外部控制与内部控制是串联的，所以外部控温设置不能超过内部设置值,否则到达内部设置值后，外部设置将不能继续执行。【附录1】FB716-Ⅰ型物理设计性（热学）实验装置使用说明书一般温度传感器实验仪的功能都局限于通过实验过程，测量并了解温度传感器的温度特性，而对温度传感器的应用，往往只是一笔带过。针对这一状况，本公司开发的这款实验装置，除了可完成对多种温度传感器的温度特性进行测试外，增加了多种最常用的温度传感器的实际应用的实验功能，使学生在了解温度传感器特性的基础上，通过组装温度测试仪表和温度控制装置，了解并掌握其实际应用的方法和技能，更大地提高学生的学习兴趣，更有利于培养学生的实际动手能力。一、实验装置二、主要技术指标51．100HJK温度控制仪：（1）输入工作电源：Hz50%10V220AC；（2）输出加热井、致冷井工作电压：V24；（3）加热井温控范围：室温C100~，有强制风冷功能；（4）致冷井温控范围：室温C0~（室温不高于C30）；（5）可进行外部温度控制（仅适用于加热井控制）；（6）四位半数字电压表量程可切换：①档mV0.200~0，分辨率mV1.0；（最大可测V2）②档mV2000~0，分辨率mV1；（最大可测V20）2．九孔实验板：mm297300；3．温度传感器：（5）590AD集成电路型温度传感器；（6）理论数值：