感测技术实验指导书实验三温度测量实验一、实验目的：1.了解热电阻的特性与应用和K型热电偶测量温度的性能与应用范围2.了解常用的集成温度传感器基本原理、性能与应用二、基本原理：1.用导体电阻随温度变化这一特性，热电阻用于测量时，要求其材料电阻温度系数大，而稳定，电阻率高，电阻与温度之间最好有线性关系。常用铂电阻和铜电阻。铂电阻在0-630.74℃以内，电阻Rt与温度t的关系为：Rt=Ro(1+At+Bt")Ro是温度为0℃时的电阻。本实验Ro=100Q。A=3.9684×10--/℃，B=—5.847×10-／℃2，铂电阻现是三线连接，其中一端接二根引线主要为消除引线电阻对测量的影响。2.当两种不同的金属组成回路，产生的二个接点有温度差，会产生热电势，这就是热电效应。温度高的接点就是工作端，将其置于被测温度场配以相应电路就可间接测得被测温度值。3.集成温度传器将温敏晶体管与相应的辅助电路集成在同一芯片上，它能直接给出正比于绝对温度的理想线性输出，一般用于一50℃一十150℃之间温度测量，温敏晶体管是利用管子的集电极电流恒定时，晶体管的基极一一发射极电压与温度成线性关系。为克服温敏晶体管U电压生产时的离散性、均采用了特殊的差分电路。集成温度传感器有电压型和电流型二种，电流输出型集成温度传感器，在一定温度下，它相当于一个恒流源。因此它具有不易受接触电阻、引线电阻、电压噪声的干扰。具有很好的线性特性。本实验采用的是国产的AD590。它只需要一种电源（十4V一十30V）。即可实现温度到电流的线性变换，然后在终端使用一只取样电阻（本实验中为R2见图3一2）即可实现电流到电压的转换。它使用方便且电流型比电压型的测量精度更高。三、实验所需部件：加热源、K型热电偶、集成温度传器(AD590)、Pu0oo热电阻（两个）、温度控制单元（调节仪）、温度传感器实验模板、数显单元、万用表、导线若干。四、实验步骤：1、将两个Pt100传感器插入三源板的两个测试孔中，其中一个作为调节仪的标准输入传感器，将其三根线插入主控箱上标Pt100的插孔中。9
感测技术实验指导书 9 实验三 温度测量实验 一、实验目的： 1．了解热电阻的特性与应用和 K 型热电偶测量温度的性能与应用范围 2．了解常用的集成温度传感器基本原理、性能与应用 二、基本原理： 1． 用导体电阻随温度变化这一特性，热电阻用于测量时，要求其材料电阻温度系数大， 而稳定，电阻率高，电阻与温度之间最好有线性关系。常用铂电阻和铜电阻。铂电 阻在 0－630.74℃以内，电阻 Rt 与温度 t 的关系为： Rt=Ro(1+At+Bt2 ) Ro 是温度为 0℃时的电阻。本实验 Ro＝100Ω。A＝3.9684×10－2 ／℃，B＝－5.847× 10－7 ／℃2 ，铂电阻现是三线连接，其中一端接二根引线主要为消除引线电阻对测量的 影响。 2．当两种不同的金属组成回路，产生的二个接点有温度差，会产生热电势，这就 是热电效应。温度高的接点就是工作端，将其置于被测温度场配以相应电路就可间接测 得被测温度值。 3．集成温度传器将温敏晶体管与相应的辅助电路集成在同一芯片上，它能直接给 出正比于绝对温度的理想线性输出，一般用于－50℃－＋150℃之间温度测量，温敏晶 体管是利用管子的集电极电流恒定时，晶体管的基极――发射极电压与温度成线性关 系。为克服温敏晶体管 Ub 电压生产时的离散性、均采用了特殊的差分电路。集成温度 传感器有电压型和电流型二种，电流输出型集成温度传感器，在一定温度下，它相当于 一个恒流源。因此它具有不易受接触电阻、引线电阻、电压噪声的干扰。具有很好的线 性特性。本实验采用的是国产的 AD590。它只需要一种电源（＋4V－＋30V）。即可实 现温度到电流的线性变换，然后在终端使用一只取样电阻（本实验中为 R2见图 3－2） 即可实现电流到电压的转换。它使用方便且电流型比电压型的测量精度更高。 三、实验所需部件：加热源、K 型热电偶、集成温度传器(AD590)、Pt100热电阻（两个）、 温度控制单元(调节仪)、温度传感器实验模板、数显单元、万用表、导线若干。 四、实验步骤： 1、 将两个 Pt100 传感器插入三源板的两个测试孔中，其中一个作为调节仪的标准输入传 感器，将其三根线插入主控箱上标 Pt100的插孔中
感测技术实验指导书2、将R5、R6短路接地，加土15V运放电源，进行差动调零。调RW3使Vo2=0，接上数显单元，拨2V电压显示档，使数显为零。3、用万用表欧姆档测出另一个Pt100三根线中其中短接的二根线，（本实验室的即为颜色相同的两根）将一根接b端，另一根R5端。将Puoo的第三根线接a端。这样Rt与R3、R1、Rw1、R4组成直流电桥，是一种单臂电桥工作形式。Rw1中心活动点与R6相接，见图3一1。RW2左旋到底（增益最小）。4、在端点a与地之间加直流源2V，调RW1使电桥平衡，即Vo2=0。5、在常温基础上，将加热器的220V电源插头插入主控箱面板上的电源插座上，按4t=5℃读取数显表值。将结果填入下表3一1。关闭主控箱电源开关。6、将风扇电源24V（+、地）接入主控箱面板转速调节电源，并将转速调节电源旋钮顺时针旋到24V（可用数显表测量），直到数显表为零，将和温度传感器实验模板相连的Puoo铂电阻从测试孔中取出。2V接主控箱电源输出QQla00PICT工R5AO590-15v-+15vQRtR9R11RIa2接R16Rw1R70IC3ICAV主0AR14Rw2控VolVo260R15箱R8R2R3R4+E-E数IC2HI&d9一地显R10R12R13RW3R17YR6表Rw1Rw2Rw3D0O0图3-1铂电阻、热电偶测温特性实验7、待冷却到常温时将K型热电偶插入测试孔中用于温度测量。8、将K型热电偶两根引线插入温度传感器实验模板标有热电偶符号的a、b孔上，热电偶自由端连线中带红色套管或红色斜线的一条为正端。9、将R5、R6短路接地，接入电源，打开主控箱电源开关，调节RW3使Uo2为零（见图3一1)，将Uo2与数显表Vi相接。调RW3使数显表显示零位，主控箱波段开关拨到2V档。10
感测技术实验指导书 10 2、 将 R5、R6 短路接地，加±15V 运放电源，进行差动调零。调 RW3使 VO2＝0，接上 数显单元，拨 2V 电压显示档，使数显为零。 3、 用万用表欧姆档测出另一个 Pt100 三根线中其中短接的二根线，（本实验室的即为颜 色相同的两根）将一根接 b 端，另一根 R5 端。将 Pt100 的第三根线接 a 端。这样 Rt 与 R3、R1、Rw1、R4 组成直流电桥，是一种单臂电桥工作形式。Rw1 中心活动点与 R6 相接，见图 3－1。Rw2 左旋到底（增益最小）。 4、 在端点 a 与地之间加直流源 2V，调 RW1 使电桥平衡，即 VO2＝0。 5、 在常温基础上，将加热器的 220V 电源插头插入主控箱面板上的电源插座上，按Δ t=5℃读取数显表值。将结果填入下表 3－1。关闭主控箱电源开关。 6、 将风扇电源 24V（+、地）接入主控箱面板转速调节电源，并将转速调节电源旋钮顺 时针旋到 24V（可用数显表测量），直到数显表为零，将和温度传感器实验模板相连的 Pt100铂电阻从测试孔中取出。 图 3－1 铂电阻、热电偶测温特性实验 7、 待冷却到常温时将 K 型热电偶插入测试孔中用于温度测量。 8、将 K 型热电偶两根引线插入温度传感器实验模板标有热电偶符号的 a、b 孔上，热电 偶自由端连线中带红色套管或红色斜线的一条为正端。 9、将 R5、R6 短路接地，接入电源，打开主控箱电源开关，调节 RW3使 UO2为零（见图 3－1），将 UO2与数显表 Vi 相接。调 RW3 使数显表显示零位，主控箱波段开关拨到 2V 档
感测技术实验指导书10、去掉R5、R6短路接线,将a、b端与放大器R5、R6相接，调RW,至最大。11、按△t=10℃读出数显表头输出电势与温度值，并记入表3一2。12、将AD590插入测试孔中进行一段时间加热以便用于降温测量。13、将主控箱上显示选择切换开关打到2V,实验模板的输出Vo2端、端分别与主控箱电压表输入Vm端、土端相连，再将实验模板-15V、、+15V端分别与主控箱稳压电源V。中的-15V、土、+15V端相连。将R5、R6短路接地，接入电源，打开主控箱电源开关，调节RW3使Uo2为零。14、关闭主控箱电源，将主控箱上显示选择切换开关打到4V。去掉R5、R6短路接线,把AD590的引线接入模板a、b端,再将a、端、端分别连接到主控箱的土2VS土10V稳压电源输出+V和一端，此时电压表的显示值为AD590在当前温度的输出值，见图3一2。4V接主控箱电源输出aaCt1CR5AD590-15v+15vRoR11R16接主控箱数显表TR7ICAICVR14Rw2Vo1Vo2R15R8+E-EIC221WR10R12R13Rw3R17R6RwIRw2Rw3图3—集成温度传感器实验原理图15、加热器的220V电源插头从主控箱面板上的电源插座上拔出，按△t=5℃读取数显表值并记入表3-3中。表3一1铂电阻热电势与温度值t(℃)V(mv)11
感测技术实验指导书 11 10、去掉 R5、R6 短路接线,将 a、b 端与放大器 R5、R6 相接，调 RW2 至最大。 11、按Δt＝10℃读出数显表头输出电势与温度值，并记入表 3－2。 12、将 AD590 插入测试孔中进行一段时间加热以便用于降温测量。 13、将主控箱上显示选择切换开关打到 2V,实验模板的输出 V02 端、┻端分别与主控箱电 压表输入 Vin端、┻端相连,再将实验模板-15V、┻、+15V 端分别与主控箱稳压电源 V0中的 -15V、┻、+15V 端相连。将 R5、R6 短路接地，接入电源，打开主控箱电源开关，调节 RW3 使 UO2 为零。 14、关闭主控箱电源，将主控箱上显示选择切换开关打到 4V。去掉 R5、R6 短路接线,把 AD590 的引线接入模板 a、b 端,再将 a、端、┻端分别连接到主控箱的±2V∽±10V 稳压电 源输出+VOUT和┻端,此时电压表的显示值为 AD590 在当前温度的输出值,见图 3－2。 图 3－2 集成温度传感器实验原理图 15、加热器的 220V 电源插头从主控箱面板上的电源插座上拔出，按Δt=5℃读取数显表值 并记入表 3－3 中。 表 3－1 铂电阻热电势与温度值 t(℃) V(mv)
感测技术实验指导书表3-2K型热电偶热电势与温度数据t(℃)V(mv)表3-3AD590与温度数据t(℃)V(mv)根据表3-133-223一3值计算其非线性误差。五、思考题：1、Pt100三根线中有二根线短接，短接的作用是什么？2、做AD590降温实验时，为什么要先加热一段时间后再进行降温实验？12
感测技术实验指导书 12 表 3－2 K 型热电偶热电势与温度数据 t(℃) V(mv) 表 3－3 AD590 与温度数据 t(℃) V(mv) 根据表 3－1 3－2 3－3 值计算其非线性误差。 五、思考题： 1、Pt100 三根线中有二根线短接，短接的作用是什么？ 2、做 AD590 降温实验时，为什么要先加热一段时间后再进行降温实验？