试验14温度传感器特性测量及应用
最新大学物理实验-温度传感器实验报告
最新大学物理实验-温度传感器实验报告实验目的：1. 了解温度传感器的工作原理及其在物理实验中的应用。
2. 掌握不同类型温度传感器的特性和使用方法。
3. 通过实验测定不同环境下的温度变化，并学会分析实验数据。
实验仪器：1. 数字万用表2. K型热电偶3. PT100温度传感器4. 恒温水槽5. 冰盐混合物6. 热水浴7. 标准温度计（作为参考）实验原理：温度传感器是将温度变化转换为电信号的设备。
本实验主要使用了两种类型的温度传感器：热电偶和PT100。
热电偶是基于塞贝克效应工作的，即当两种不同金属或合金连接在一起形成回路，且两个接点处于不同温度时，就会产生电动势，从而测量温度。
PT100是基于电阻随温度变化的原理，其电阻值与温度之间有确定的关系，通过测量电阻值即可得到温度。
实验步骤：1. 准备实验仪器，确保所有设备处于良好工作状态。
2. 使用数字万用表配置K型热电偶，校准设备。
3. 将PT100温度传感器与数字万用表连接，进行校准。
4. 制备冰盐混合物，建立低温环境。
5. 将热电偶和PT100分别浸入冰盐混合物中，记录并比较两种传感器的读数与标准温度计的读数。
6. 准备热水浴，建立高温环境。
7. 重复步骤5，将传感器浸入热水浴中，记录并比较读数。
8. 分析不同温度下两种传感器的精度和稳定性。
9. 根据实验数据，绘制温度-电阻/温度-电动势的图表。
实验数据与分析：（此处填写实验中收集的数据表格和图表，并对数据进行分析，比如不同温度区间的线性关系，传感器的响应时间，精度对比等。
）实验结论：通过本次实验，我们了解了不同类型温度传感器的工作原理和特性。
通过实际操作和数据比较，我们发现K型热电偶在高温区域的测量效果较好，而PT100在低温区域更为精确。
同时，我们也认识到了温度传感器在实际应用中的局限性和需要注意的误差来源。
通过本次实验，我们增强了对温度测量技术的理解，并为未来的物理实验和研究打下了坚实的基础。
温度传感器的特性及应用
1
GND
4 LM358AN 6
Vo
GND
R1
47k
五、注意事项
1. 实验中要小心操作，避免人身和仪器受损。从设计者和使用者的双重角度细心 观察仪器，以利于今后的学习和课题研究、设计任务；
2. 发现异常情况应立即切断电源，并及时报告老师；
3. 标准温度测量可以将万用表调整到温度测量档，并直接读数；
4. 测量时应注意控制温度缓慢增加，并在每个测量点上多停留一些时间，待作为 标准温度测量仪的万用表读数稳定后，再将其切换到电压档，读出相应的电压 值。
2. 假如希望NTC热敏电阻两端的电压与热敏的电阻成 正比，应当如何修改电路。
3. 根据测得的数据计算出测量所用PN结在温度每变化 1C时实际的电压变化值(放大器的增益约为4.7)。
4. 评价和比较PN结与NTC热敏电阻测温电路的特点和 异同。
5. 分析一下两种测温电路的误差来源。 6. 如果要在图2中电路的基础上制作一个0~100C的温
NTC热敏电阻
-
+
IN4148二极管
设备、器件介绍
半导体致冷片
+
侧面
-
正面
三、实验准备
1. 半导体致冷片的连接： （1）稳流：将稳压/稳流电源的一组电源调节到稳流输出状态，并使之处 于电流最小的位置。然后关闭电源； （2）极性：将半导体致冷片二根引线中的红色线接稳压电源的正极，黑 色线接负极； （3）试验：经检查无误后，开启稳压/稳流电源，并缓慢调节输出电流至 100mA左右，用手接触半导体致冷片的两面(冷端和热端)，体验致冷片两 面的温差，并据此确认致冷片冷端和热端。调节稳压/稳流电源的输出电 流(最大允许到2A)，感觉温差的变化； （4）复位：减小稳压/稳流电源的输出电流至0，切断电源，让致冷片恢 复常温，准备后面的实验。
实验1.4温度传感器温度特性的测量[1]
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智能型致冷/加热温度控制仪
1
直流稳压稳流电源
1
数字万用表
1
LCR Meter
1
温度传感器
8
导线
若干
[ 原理概述 ] 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、测温范围和特点请翻阅教材的§6.2 节-温度计。本实验将通过测量几种
常用的温度传感器的特征物理量随温度的变化，来学习这些传感器的工作原理。
实验 1.4 温度传感器温度特性的测量
2. 数据处理 （1）作 Cu50 的 RCu ~t(℃)关系曲线并拟合求出电阻温度系数 A。要求写出最小二 乘法拟合的中间过程，而不是用数据处理软件直接得出结果。
中山大学理工学院物理实验教学中心编制
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3． 传感器测量设备
实验 1.4 温度传感器温度特性的测量
图 1.4. 5 JK-31 型直流稳压稳流电源
图 1.4. 6 DM3051 型数字万用表
图 1.4. 7 TH2811D 型 LCR Meter 直流稳压稳流电源提供了三组电源，一个是 0-30V 连续可调的稳压电源，一个是 0-250mA 连续 可调的稳流电源，第三个为集成电路工作电源，输出电压为±(3.3,5,8,12,15)V。DM3051 数字万用表 的使用方法请查阅教材的第 4-15 页，TH2811D 型 LCR Meter 的使用方法请查阅第 4-24 页。
EX =f (t) f (t0 )
（5）
EX 仅与两种导体的材料和两接点处的温度有关，而与导体的粗细、长短及两种导体的
接触面积无关。 EX 和两接点的温度差 t (t t0 ) 一般是非线性的，但温差不大时，可
温度传感器的原理和应用实验总结
温度传感器的原理和应用实验总结1. 引言温度传感器是一种常见的用于测量环境或物体温度的设备。
它可以将温度转换为电信号，进而提供给其他设备进行处理和控制。
本文将介绍温度传感器的工作原理，并总结一些常见的实验应用。
2. 温度传感器的工作原理温度传感器的工作原理基于热电效应、电阻变化或半导体温度特性等原理。
以下是几种常见的温度传感器工作原理：2.1 热电温度传感器热电温度传感器基于热电效应，利用不同材料之间的电动势差来测量温度。
常见的热电温度传感器包括热电偶和热电阻。
•热电偶：通过两种不同金属材料的接触，利用金属间的热电效应来生成电信号。
该电信号与温度呈线性关系，可用于测量高温环境。
•热电阻：使用金属、合金或半导体等材料的电阻变化来测量温度。
常见的热电阻包括铂电阻和铜电阻。
2.2 电阻温度传感器电阻温度传感器通过测量电阻值的变化来估计温度。
这种传感器通常使用金属或半导体材料，其电阻值与温度呈线性关系。
常见的电阻温度传感器包括铝电阻和硅电阻。
2.3 半导体温度传感器半导体温度传感器利用半导体材料在不同温度下的电阻变化来测量温度。
它们具有较高的精度和较小的尺寸，广泛应用于汽车、家电和电子设备中。
3. 温度传感器的应用实验温度传感器在各个领域都有广泛的应用。
以下是一些常见的温度传感器应用实验：3.1 温度监测利用温度传感器监测环境温度的变化。
可以将温度传感器放置在室内或室外，记录温度变化的数据，并进行分析和控制。
3.2 温度控制通过温度传感器控制设备的温度。
例如，将温度传感器与加热元件结合使用，可以实现对恒温箱、电炉等设备温度的控制。
3.3 温度报警当温度超过或低于设定阈值时，温度传感器会触发报警。
这种应用在实验室、仓库、冰箱等场所广泛使用，用于保护物品免受温度变化的影响。
3.4 温度补偿在某些应用中，温度传感器可用于补偿其他传感器测量值的温度误差。
例如，温度传感器可以补偿压力传感器在高温环境下的读数。
3.5 温度检测与追踪利用温度传感器对物体表面温度进行检测和追踪。
温度传感器特性的研究实验报告
温度传感器特性的研究实验报告温度传感器特性研究实验报告一、实验目的本实验旨在研究温度传感器的特性，包括其灵敏度、线性度、迟滞性以及重复性等，通过对实验数据的分析，以期提高温度传感器的性能并为相关应用提供理论支持。
二、实验原理温度传感器是一种将温度变化转化为电信号的装置，其特性受到材料、结构及环境因素的影响。
本次实验将重点研究以下特性：1.灵敏度：温度传感器对温度变化的响应程度；2.线性度：温度传感器输出信号与温度变化之间的线性关系；3.迟滞性：温度传感器在升温与降温过程中，输出信号与输入温度变化之间的关系；4.重复性：温度传感器在多次重复测量同一温度时，输出信号的稳定性。
三、实验步骤1.准备材料与设备：包括温度传感器、恒温水槽、加热装置、数据采集器、测温仪等；2.将温度传感器置于恒温水槽中，连接数据采集器与测温仪；3.对温度传感器进行升温、降温操作，并记录每个过程中的输出信号；4.在不同温度下重复上述操作，收集足够的数据；5.对实验数据进行整理与分析。
四、实验结果及数据分析1.灵敏度：通过对比不同温度下的输出信号，发现随着温度的升高，输出信号逐渐增大，灵敏度整体呈上升趋势。
这表明该温度传感器具有良好的线性关系。
2.线性度：通过对实验数据的线性拟合，得到输出信号与温度之间的线性关系式。
结果表明，在实验温度范围内，输出信号与温度变化之间具有较好的线性关系。
3.迟滞性：在升温与降温过程中，发现输出信号的变化存在一定的差异。
升温过程中，输出信号随着温度的升高而逐渐增大；而在降温过程中，输出信号却不能完全恢复到初始值。
这表明该温度传感器具有一定的迟滞性。
4.重复性：通过对同一温度下的多次测量，发现输出信号具有良好的重复性。
这表明该温度传感器在重复测量同一温度时具有较高的稳定性。
五、结论与建议本次实验研究了温度传感器的特性，发现该传感器具有良好的灵敏度和线性度，但在降温过程中存在一定的迟滞性。
此外，该温度传感器具有良好的重复性。
大学物理实验集成电路温度传感器的特性测量及应用实验报告
大学物理实验,集成电路温度传感器的特性测量及应用实验报告标题：大学物理实验：集成电路温度传感器的特性测量及应用实验报告一、实验目的本实验旨在通过大学物理实验的方法，研究和理解集成电路温度传感器的特性和应用。
我们会对温度传感器进行基本特性的测量，如灵敏度、线性度、迟滞等，并探讨其在现实生活中的应用。
二、实验原理集成电路温度传感器是一种将温度变化转化为电信号的装置。
其基本原理是热电效应，即不同材料之间的温度差异会导致电荷的转移。
这种电荷的转移可以用来测量温度。
一般来说，温度传感器都具有较好的线性，使得输出的电信号与温度变化成正比。
三、实验步骤与数据记录1.准备器材：本实验需要用到数字万用表、恒温水槽、冰水混合物、热水、温度传感器、数据记录本等。
2.连接传感器：将温度传感器正确地连接到数字万用表上。
3.设定恒温水槽温度：首先设定恒温水槽的温度，分别为0℃、25℃、50℃、75℃、100℃。
4.测量并记录数据：在每个设定的温度下，用数字万用表记录下温度传感器的输出电压，共进行五次测量求平均值。
实验数据如下表：根据实验数据，我们发现温度传感器输出电压与温度之间存在明显的线性关系。
通过线性拟合，我们可以得到输出电压与温度之间的数学关系。
灵敏度是衡量传感器对温度变化响应能力的一个重要指标。
我们可以通过求出斜率来计算灵敏度。
计算结果表明，我们的温度传感器在25℃时的灵敏度为25mV/℃。
迟滞是反映传感器在正向和反向温度变化时响应差异的另一个重要指标。
在本实验中，我们对恒温水槽进行了五次先加热再冷却的操作，以测量迟滞。
我们发现，在±10℃的范围内，传感器的迟滞小于±1mV。
根据实验结果，我们可以得出以下结论：该集成电路温度传感器具有良好的线性、高灵敏度和低迟滞。
这些特性使得它非常适合用于各种需要精确测量温度的场合，如医疗、工业生产、科研等。
五、实验应用与感想通过本次实验，我们深入理解了集成电路温度传感器的特性和工作原理，并学会了如何使用物理实验方法对其进行研究。
温度传感器特性测量及应用
温度传感器特性测量及应用填空题：1．AD590集成电路温度传感器是由多个参数相同的三极管和电阻组成。
该器件的两端当加有某一直流工作电压时，它的输出电流与温度满足如下关系：I=BT+A 2．对一般AD590集成电路温度传感器，当处于0℃时，其输出电流约为 273μA 。
3．由AD590集成电路温度传感器在某恒定温度时的伏安特性曲线，可以求出该温度传感器温度与输出电流线性关系的最小工作电压U r 。
4．AD590集成电路温度传感器是线性元件，其电流灵敏度一般为： 1μA/℃。
5．AD590工作电压4～30V，但不能小于4V，小于4V工作时会出现非线性，通常工作电压10～15V。
6．集成电路温度传感器有电压型和电流型二种，AD590集成温度传感器是电流输出型集成温度传感器，在一定温度下相当于一个恒流源。
问答题1．电流型集成电路温度传感器具有哪些特性？（1）温度变化引起输出量的变化呈现良好的线性关系；（2）性能稳定，灵敏度高，无需补偿；（3）互换性好，抗干扰能力强；（4）可远距离测温且使用简单方便。
2.如何用AD590集成电路温度传感器制作一个热力学温度计，请画出电路图，说明调节方法。
如图所示，直流单臂电桥在平衡时，U BD = 0，各桥臂电阻之间的关系有RRRRx 120如果被测电阻R x的阻值发生改变，而其它参数不变，将导致U BD≠0，U BD是R x的函数，因此可以通过U BD的大小来反映R x的变化。
这种用电桥的非平衡输出来反映桥臂电阻变化量的方法就是非平衡电桥的应用。
把AD590、三只电阻箱、直流稳压电源及数字电压表按电桥电路接好。
将带铝壳密封的AD590传感器浸入冰水混合物中。
比例臂电阻R 1和R 2各取1000Ω，调节比较臂电阻R 0，用标准水银温度计观察，使AD590（1.000μA/o C ）处于0oC 时数字电压表示值为零mv ，则AD590处于t oC 时数字电压表示值为tmv 。
14传感器技术及其应用
11
Anhui Science and Technology University
理学院
• 1.电容式传感器的分类、工作原理、结构和特性 单击此处编辑母版文本样式 • 第二级 • • 2.常用的测量电路 第三级 • • 3.求出图示输出电压与输入电压的函数关系式 • 第四级 • 第五级
单击此处编辑母版标题样式 Chapter7电容式传感器◆ 电容式传感器
态灵敏度③如x是周期为2ｓ的正弦信号，问幅值和相位是多少？
单击此处编辑母版标题样式 Chapter2传感器基本特性 传感器基本特性
3
Anhui Science and Technology University
理学院
Chapter3热电传感器 热电传感器 单击此处编辑母版标题样式
• 单击此处编辑母版文本样式 • 1. 用热电偶理论说明热电偶的几点结论。 • 第二级 • 2. 试比较测温电阻器和半导体热敏电阻器 • 的异同。 第三级 第四级 •• 3.用热电偶测温时，为什么要进行冷端温度 • 补偿？温度补偿方法有哪几种? 第五级 • 4.试用AD590温度传感器设计一个直接显示 摄氏温度-50~50℃的数字温度计。
18
Anhui Science and Technology University
理学院
• 单击此处编辑母版文本样式 •8.光电二极管的连接电路和伏安特性如图所示。若光电二极 第二级 管上照度的变化Ev=100+100sinωt(lx),为使光电二极管上有 • 第三级 10V的电压变化,求所需的负载电阻RL和电源电压E,并给出 电流和电压的变化曲线。 • 第四级 • 第五级
7
单击此处编辑母版标题样式 Chapter4应变传感器 应变传感器
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实验14 温度传感器特性测量及应用
温度是科学研究中一个重要的基本物理量，在物理学、化学、热力学、飞行力学、流体力学等科学的研究中，都离不开对温度的测量和控制，许多工业产品的质量和产量都与温度有直接关系。
随着科学技术的发展，各种新型的集成电路温度传感器器件不断涌现，并大批量生产和扩大应用。
这类集成电路测温器件有以下几个优点：（1）温度变化引起输出量的变化呈现良好的线性关系；（2）不像热电偶那样需要参考点；（3）抗干扰能力强；（4）互换性好，使用简单方便。
因此，这类传感器已在科学研究、工业和家用电器温度传感器等方面被广泛使用于温度的精确测量和控制。
本实验要求测量电流型集成电路温度传感器的输出电流与温度的关系，熟悉该传感器的基本特性，并采用非平衡电桥法，组装一台0～50o C数字式温度计。
实验目的和学习要求
1．学习和掌握AD590电流型集成电路温度传感器的特性；
2．测量集成温度传感器AD590在某恒定温度时的伏安特性曲线；
3．测量AD590输出电流和温度的关系；
4．用AD590传感器设计并组装数字式摄氏温度计。
实验原理
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℃－＋120℃之间温度测量。
集成温度传感器有电压输出型和电流输出型二种，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AD590电流型集成温度传感器，该器件的两端当加有某一直流工作电压时（一般工作电压可在4.5V～20V范围内），其输出电流(I)与温度(T)成正比。
I=BT+A
式中，I为其输出电流，单位μA；T为摄氏温度；B为传感器的灵敏度（一般AD590的B=1μA/o C,即如果该温度传感器的温度升高或降低1o C，则传感器的输出电流增加或减少1μA）；A为摄氏零度时的电流值，该值恰好与冰点的热力学温度273K相对应。
（对市售的一般AD590，其A值从273～278μA略有差异）。
所以只要串接一只取样电阻Ｒ(1kΩ)即可实现电流1μA到电压1mV的转换，组成最基本的温度(T)测量电路(1mV/o C)。
利用AD590集成电路温度传感器的上述特性，可以制成各种用途的温度计。
采用非平衡电桥线路，可以制作一台数字式摄氏温度计，即AD590器件在0o C时，数字电压显示值为“0”mv，而当AD590器件处于t o C时，数字电压表显示值为“t”mv。
实验仪器
智能式数字恒温控制仪；量程0～19.999V四位半数字式电压表；直流1.5V～12V 稳压输出电源；可调式磁性搅拌器以及加热器、玻璃管、和AD590集成温度传感器；ZX21型电阻箱，保温杯，水银温度计等。
1.AD590电流型集成温度传感器
AD590为两端式集成电路温度传感器，它的管脚引出有两个，红色引线表示接电源正极，黑色引线接电源负端。
另一根引线连接外壳，它可以接地，有时也可以不用。
AD590工作电压4～30V，但不能小于4V，小于4V出现非线性，通常工作电压10～15V。
2．稳温控制器采用水浴恒温槽，在2000ml大烧杯内注入1600ml的净水，把AD590传感器测温端放入注有少量油的玻璃管内，盖上铝盖。
2000ml大烧杯放在恒温控制仪盖板上指定位置（磁性最强处），搅拌用的磁性转子必须处在大烧杯的中间部位。
调节马达转速电位器，使磁性转子较慢的匀速转动。
若转速太快或磁性转子不在中心，均有可能转子离开旋转磁场位置而停止工作，这时须将调节马达转速电位器逆时针调至最小，让磁性转子回到磁场中再旋转。
3．智能式数字恒温控制仪，使用前应将各电位器调节旋钮逆时针方向旋到底。
感温传感器测温端放入注有少量油的玻璃管内（与AD590传感器测温端尽量在同一位置）。
接通电源后待温度显示值出现B= =.= 时，可按升温键，设定用户所需要的加热温度（恒温水浴槽使用温度：10℃—80℃）。
再按确定键，加热指示灯发光，表示加热开始工作。
同时显示A= =.=，为当时水槽的初始温度。
重复确定键可轮换显示A、B值，按恢复键重新开始。
实验内容
1．测量AD590传感器处于恒定温度的伏安
特性。
将带铝壳密封的AD590传感器处于恒定温
度（室温），将直流电源、AD590传感器、电阻
箱（取样电阻R的阻值为1000Ω）、直流电压表
等按图14-1连接电路（AD590的正负极不能接
错，红线表示接电源正极）。
调节电源输出电压
从1.5V～10V，测量加在AD590传感器上的电压U与输出电流I（I=U R/R）的对应值，要求实验数据10组以上。
2．AD590传感器温度特性测量。
将图14-1的电键拨至2，测量AD590集成电路温度传感器的电流I与温度t的关系。
智能式数字恒温控制仪加热温度设置为60o C，从室温开始测量，记录AD590传感器所处温度t与输出电流I（I=U R/R）的对应值，取8-10组数据，填入表2中。
实验时应注意AD590温度传感器为二端铜线引出，为防止极间短路，两铜线不可直接放在水中，应用一端封闭的薄玻璃管套保护，其中注入少量变压器油，使之有良好热传递。
3．制作量程为0～50o C范围的数字温度计。
把带铝壳密封的AD590传感器、三只电阻箱、直流稳压电源及数字电压表按电桥电路接好，直流稳压电源输出置于使AD590传感器有线性输出位置。
将AD590传感器浸入冰水混合物中。
比例臂电阻R1和R2各取1000Ω，调节比较臂电阻R0，用标准水银温度计观察，使AD590处于0o C时数字电压表示值为零。
然后把AD590放入其它温度如掌心或室温的水中，利用电桥的非平衡输出测定掌心温度或水温。
用标准水银温度计进行读
数对比，求出百分差。
数据记录与数据处理
1.测量AD590传感器的伏安特性。
画出R=1000Ω时某恒定温度下(室温)AD590传感器的伏安特性曲线，求出该温度传感器温度与电流线性最小工作电压U r 。
表1.AD590传感器伏安特性测量
线，计算传感器灵敏度及C
0时传感器输出电流值。
将实验数据用最小二乘法进行拟合，求斜率B 、截距A 和相关系数г。
求I ～t 关系的经验公式。
表2.AD590传感器温度特性测量 3.画出电阻温度计的电桥电路图，记录AD590处于0o C ，电桥平衡时各电阻箱的示
值及所测掌心温度。
思考题
1.电流型集成电路温度传感器有哪些特性？它与半导体热敏电阻、热电偶相比有哪些优点？
2.如何用AD590集成电路温度传感器制作一个热力学温度计，请画出电路图，说明调节方法。
3.如果AD590集成电路温度传感器的灵敏度不是严格的1.000μA/o C ，而是略有异
差，请考虑如何利用改变R 2的值，使数字式温度计测量误差减小？
4．电桥直流电源的输出不稳定，对温度测量有影响吗？请说明理由。
图14-2 电阻温度计的电桥电路
注意事项
1．没有密封的AD590集成温度传感器不能直接放入水中或冰水混合物中测温度。
2．搅拌器转速不宜太快，只要均匀慢速搅拌即可。
3．注意油管不要与加热管接触；
4．倒去烧杯中水时，注意磁性浮子不可倒入水池，以避免遗失。