2022年热敏电阻温度传感器温度特性测量实验报告

下面是小编为大家整理的2022年热敏电阻温度传感器温度特性测量实验报告,供大家参考。希望对大家写作有帮助!

热敏电阻温度传感器的温度特性测量实验报告3篇

热敏电阻温度传感器的温度特性测量实验报告篇1

温度传感器实验

姓名学号

一、目的

1、了解各种温度传感器（热电偶、铂热电阻、PN 结温敏二极管、半导体热敏电阻、集成温度传感器）的测温原理；

2、掌握热电偶的冷端补偿原理；

3、掌握热电偶的标定过程；

4、了解各种温度传感器的性能特点并比较上述几种传感器的性能。

二、仪器

温度传感器实验模块

热电偶（K 型、E 型）

CSY2001B 型传感器系统综合实验台（以下简称主机）

温控电加热炉

连接电缆

万用表：VC9804A，附表笔及测温探头

万用表：VC9806，附表笔

三、原理

（1）热电偶测温原理

由两根不同质的导体熔接而成的闭合回路叫做热电回路，当其两端处于不同温度时则回路中产生一定的电流，这表明电路中有电势产生，此电势即为热电势。

图1中T 为热端，To 为冷端，热电势

本实验中选用两种热电偶镍铬—镍硅（K 分度）和镍铬—铜镍（E 分度）。

（2）热电偶标定

以K 分度热电偶作为标准热电偶来校准E 分度热电偶，被校热电偶热电势与标准热电偶热电势的误差为

式中：——被校热电偶在标定点温度下测得的热电势平均值。

——标准热电偶在标定点温度下测得的热电势平均值。

——标准热电偶分度表上标定温度的热电势值。

——被校热电偶标定温度下分度表上的热电势值。

——标准热电偶的微分热电势。

（3）热电偶冷端补偿

热电偶冷端温度不为0℃时，需对所测热电势值进行修正，修正公式为：

E（T，To）=E(T,t1)+E(T1,T0)

即：
实际电动势＝测量所得电势＋温度修正电势

（4）铂热电阻

铂热电阻的阻值与温度的关系近似线性，当温度在0℃≤T≤650℃时，

式中：——铂热电阻T℃时的电阻值

——铂热电阻在0℃时的电阻值

A——系数（=3.96847×10-31/℃）

B——系数（=-5.847×10-71/℃2）

将铂热电阻作为桥路中的一部分在温度变化时电桥失衡便可测得相应电路的输出电压变化值。

（5）PN结温敏二极管

半导体PN 结具有良好的温度线性，根据PN 结特性表达公式可知，当一个PN 结制成后，其反向饱和电流基本上只与温度有关，温度每升高一度，PN 结正向压降就下降2mv，利用PN 结的这一特性可以测得温度的变化。

（6）热敏电阻

热敏电阻是利用半导体的电阻值随温度升高而急剧下降这一特性制成的热敏元件。它呈负温度特性，灵敏度高，可以测量小于0.01℃的温差变化。图2为金属铂热电阻与热敏电阻温度曲线的比较。

图2 金属铂热电阻和热敏电阻温度曲线比较

（7）集成温度传感器

用集成工艺制成的双端电流型温度传感器，在一定的温度范围内按1μA/K 的恒定比值输出与温度成正比的电流，通过对电流的测量即可得知温度值（K 氏温度），经K 氏-摄氏转换电路直接显示℃温度值。

四、步骤

热电偶标定实验步骤如下：（在标定热电偶的同时进行其他温度传感器的测量）

（1）观察热电偶结构（可旋开热电偶保护外套），了解温控电加热器工作原理。

温控器：作为热源的温度指示、控制、定温之用。温度调节方式为时间比例式，绿灯亮时表示继电器吸合电炉加热，红灯亮时加热炉断电。

温度设定：拨动开关拨向“设定”位，调节设定电位器，仪表显示的温度值℃随之变化，调节至实验所需的温度时停止。然后将拨动开关扳向“测量”侧，（注：首次设定温度不应过高，以免热惯性造成加热炉温度过冲）。

（2）温控电加热炉电源插头插入主机“220V 加热电源出”插座；
热电偶插入电加热炉内，K 分度热电偶为标准热电偶，冷端接“测试”端，E 分度热电偶接“温控”端，（注意热电偶极性不能接反，而且不能断偶）；

（3）连接主机的“实验模块电源” 至温度传感器实验模块电源插座（在后侧板）。

（4）VC9806型万用表置200mv 档，当主机的“热电偶转换”开关倒向“温控”时，测E 分度热电偶的热电势；
当主机的“热电偶转换”开关倒向“测试”时，测K 分度热电偶的热电势。记录电炉温度与热电势的关系。

（5）打开主机“电源开关”，“测试设定”开关倒向“设定”，调节“设定调节”旋钮，将温度设定在40℃。“加热炉”置“开”，“加热”指示灯亮，温控电加热炉加热；
加热炉到达设定温度后，“加热”指示灯灭，“关闭”指示灯亮，温控炉在设定温度保温。

（6）将“测试设定”开关倒向“测量”，用VC9806型万用表分别测量K 型和E 型热电偶的热电势。

（7）用VC9804型万用表测量冷端温度。（将温度探头连接在万用表的“TEMP”插座，万用表置于“°C”档）。

（8）按照步骤（ 5），分别将温度设定在50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃，重复（6）~（7）步，记录测量数据，填写表1。

（9）按照步骤（5），分别将温度设定在160℃、150℃、140℃、130℃、120℃、110℃、100℃、90℃、80℃、70℃、60℃、50℃、40，重复（6）~（7）步，记录测量数据，填写表1。

（10）重复（5）~（9）步2次。

（13）根据数据分别绘制K 型热电偶和E 型热电偶温度与热电势的关系曲线，分别计算其静态灵敏度、分辨率、线性度等指标。

（14）将K 型热电偶作为标准热电偶，计算被测热电偶E 型热电偶的误差。

铂热电阻测量实验步骤如下：

（1）将VC9804型万用表的温度探头置于铂热电阻附近感受相同的温度，万用表置于测温档。

（2）调节调零旋钮“V04调零”，使输出电压为零，电路增益适中。

（3）观察已置于加热炉顶部的铂热电阻，在温度传感器实验模块上，将Pt100铂热电阻的插孔连接至相应的失衡放大电路插孔。

（4）用VC9806型万用表测量V04铂热电阻电路输出端电压。记录温度值及电压，填入表2。做出电压-温度曲线，观察其工作线性范围。

PN结温敏二极管测量实验步骤如下：

（1）将VC9804型万用表的温度探头置于PN 结温敏二极管附近感受相同的温度，万用表置于测温档。

（2）观察已置于加热炉顶部的PN 结温敏二极管，在温度传感器实验模块上，将PN结温敏的插孔连接至相应的取样放大电路插孔。

（3）用VC9806型万用表测量PN 结温敏二极管电路输出端电压V02。

（4）记录温度值及电压，填入表3。做出电压-温度曲线，求出灵敏度S=△V/△T。

半导体热敏电阻测量实验步骤如下：

（1）将VC9804型万用表的温度探头置于半导体热敏电阻附近感受相同的温度，万用表置于测温档。

（2）观察已置于加热炉顶部的半导体热敏电阻，在温度传感器实验模块上，将半导体热敏电阻的插孔连接至相应的阻压变换电路插孔。

（3）调节温度传感器实验模块上的“V03增益”，使输出电压值值尽量大但不饱和。

（4）用VC9806型万用表测量PN 结温敏二极管电路输出端电压V03。记录温度值及电压，填入表4。做出电压-温度曲线。

集成温度传感器测量实验步骤如下：

（1）将VC9804型万用表的温度探头置于集成温度传感器附近感受相同的温度，万用表置于测温档。

（2）观察已置于加热炉顶部的集成温度传感器，在温度传感器实验模块上，将集成温度的插孔连接至相应的比较放大电路插孔。

（3）调节温度传感器实验模块上的“V01示值调节”，使显示当前温度。（VC9806型万用表（ 2V 档）所示电压代表当前温度值（已设定电压显示值最后一位为1/10℃值，如电压表2V档显示0.256就表示25.6℃））。

（4）用VC9806型万用表测量集成温度传感器电路输出端电压V01。记录温度值及电压，填入表5。做出电压-温度曲线。

五、数据记录及处理

1、热电偶标定

表1 热电偶标定记录表

K型热电偶和E型热电偶温度与热电势的关系曲线：

拟合直线：y=0.17161x-4.7253

拟合曲线：y=0.10553x-1.4174

静态灵敏度的计算：

K型热电偶：S=0.17161 E型热电偶：S=0.10553

分辨率的计算：

线性度的计算：最小二乘线性度。

K型热电偶：
由matlab得出a=-4.7253，b=0.17161

则最小二乘线性度3.642%

E型热电偶：由matlab得出a=-1.4174，b=0.10553

则最小二乘线性度%

求得其误差为：

2、铂热电阻测量

表2 铂热电阻测量数据表

电压——温度曲线

3、PN结温敏二极管测量

表3 PN 结温敏二极管测量数据表

电压——温度曲线

4、半导体热敏电阻测量

表4 半导体热敏电阻测量数据表

(最后两组数据为粗大误差，舍去不进行计算)

电压——温度曲线

5、集成温度传感器测量

表5 集成温度传感器测量数据表

电压-温度曲线

六、感想

通过这次实验，对各个类型的温度传感器有了一个全面的认识，加深了对课本知识的理解，提高了动手能力，总的来说有很大的收获。

热敏电阻温度传感器的温度特性测量实验报告篇2

3.5.2用热敏电阻测量温度

（本文内容选自高等教育出版社《大学物理实验》）

热敏电阻是由对温度非常敏感的半导体陶瓷质工作体构成的元件。与一般常用的金属电阻相比，它有大得多的电阻温度系数值。根据所具有电阻温度系数的不同，热敏电阻可分三类：1．正电阻温度系数热敏电阻；
2．临界电阻温度系数热敏电阻；
3．普通负电阻温度系数热敏电阻。前两类的电阻急变区的温度范围窄，故适宜用在特定温度范围作为控制和报警的传感器。第三类在温度测量领域应用较广，是本实验所用的热敏元件。热敏电阻作为温度传感器具有用料省、成本低、体积小、结构简易，电阻温度系数绝对值大等优点，可以简便灵敏地测量微小温度的变化。我国有关科研单位还研制出可测量从-260℃低温直到900℃高温的一系列不同类型的热敏电阻传感器，在人造地球卫星和其他有关宇航技术、深海探测以及科学研究等众多领域得到广泛的应用。本实验旨在了解热敏电阻-温度特性和测温原理，掌握惠斯通电桥的原理和使用方法。学习坐标变换、曲线改直的技巧和用异号法消除零点误差等方法。

实验原理

1．半导体热敏电阻的电阻——温度特性

某些金属氧化物半导体（如：Fe3O4、MgCr2O4等）的电阻与温度关系满足式（1）：

（1）

式中RT是温度T时的热敏电阻阻值，R∞是T趋于无穷时热敏电阻的阻值，B是热敏电阻的材料常数，T为热力学温度。

金属的电阻与温度的关系满足（2）：

（2）

式中a是与金属材料温度特性有关的系数，Rt1、Rt2分别对应于温度t1、t2时的电阻值。

根据定义，电阻的温度系数可由式（3）来决定：

（3）

Rt是在温度为t时的电阻值，由图3.5.2-1（a）可知，在R-t曲线某一特定点作切线，便可求出该温度时的半导体电阻温度系数a。

由式（1）和式（2）及图3.5.2-1可知，热敏电阻的电阻-温度特性与金属的电阻-温度特性比较，有三个特点：

（1）热敏电阻的电阻-温度特性是非线性的（呈指数下降），而金属的电阻-温度特性是线性的。

（2）热敏电阻的阻值随温度的增加而减小，因此温度系数是负的（）。金属的温度系数是正的（）。

（3）热敏电阻的温度系数约为-（30~60）×10-4K-1，金属的温度系数为

（铜），两者相比，热敏电阻的温度系数几乎大几十倍。所以，半导体电阻对温度变化的反应比金属电阻林敏得多。

从经典电子论可知，金属中本来就存在着大量的自由电子，它们在电场力的作用下定向移动而形成电流，所以金属的电阻率较小，一般在。当温度升高时，金属原子振动（热运动）加剧，增加了对电子运动的阻碍作用，故随着温度增高，金属电阻近似呈线性缓慢增加。在室温情况下，半导体的电阻率介于良导体（约）和绝缘体（约）之间，其范围通常是，其特有的半导体电性质，一般来自热运动、杂质或点阵缺陷。在半导体中，大部分电子是受束缚的，当温度升高时，依靠原子的振动（热运动），把能量传给电子，其中某些电子获得较高的能量脱离束缚态而变成自由电子（同时产生空穴），被释放的自由电子与空穴参与导电。温度越高，原子的热运动越剧烈，产生的自由电子数目就越多，导电能力越好，电阻就越低。虽然原子振动的加剧会阻碍电子的运动，但在温度不高的情况下（一般在300℃以下），这种作用对导电性能的影响，远小于电子被释放而改善导电性能的作用，所以温度上升会使半导体的电阻值迅速下降。

2．惠斯通电桥的工作原理

半导体热敏电阻和金属电阻的阻值范围，一般在1～106Ω,需要较精确测量时常用电桥法，惠斯通电桥是应用很广泛的一种仪器。

惠斯通电桥的原理，如图3.5.2-2（a）所示。四个电阻R0、R1、R2、Rx组成一个四边形，即电桥的四个臂，其中Rx就是待测电阻。在四边形的一对对角A和C之间连接电源E，而在另一对对角B和D之间接入检流计G。当B和D两点电位相等时，G中无电流通过，电桥便达到了平衡。平衡时必有，R1/R2和R0都已知，Rx即可求出。R1/R2称电桥的比例臂，由一个旋钮调节，它采用十进制固定值，共分0.001、0.01、0.1、1、10、100、1000 七挡。R0为标准可变电阻，由有四个旋钮的电阻箱组成，最小改变量为1Ω，保证结构有四位有效数字。

是在电桥平衡的条件下推导出来的。电桥是否平衡是由检流计有无偏转来判断的，而检流计的灵敏度总是有限的。如实验中所用的张丝式检流计，其指针偏转一格所对应的电流约为10-6A，当通过它的电流比10-7A还小时，指针的偏转小于0.1格，就很难觉察出来。假设电桥在R1/R2=1时调到平衡，则有Rx=R0，这时若把R0改变一个微小量ΔR0，电桥便失去平衡从而有电流IG流过检流计，如果IG小到检流计察觉不出来，那么人们仍然会认为电桥是平衡的，因而得到，ΔR0就是由于检流计灵敏度不够高而带来的测量误差，引入电桥灵敏度S，定义为：

（4）

式中ΔRx指的是在电桥平衡后Rx的微小改变量（实际上待测电阻Rx若不能改变，可通过改变标准电阻R0来测电桥灵敏度），Δn越大，说明电桥灵敏度越高，带来的测量误差就越小。例如：S=100时就是当Rx改变1%时，检流计可以有一格的偏转。通常可以觉察出格的偏转，也就是说，电桥平衡后，只要Rx改变0.5%就可以察觉出来。这样，由于电桥灵敏度的限制所带来的测量误差肯定小于0.5%。

电桥的测量误差，除了检流计灵敏度的限制外，还有桥臂电阻R1、R2和R0的不确定度带来的误差。一般来说，这些电阻可以制造的比较精确（误差为0.2%），标准电阻的误差为0.01%左右。另外，电源电压的误差，也对电桥的测量结果有影响。

实验内容

1．按图3.5.2-3接线，先将调压器输出调为零，测室温下的热敏电阻阻值，注意选择惠斯通电桥合适的量程。先调电桥至平衡得R0，改变R0为R0+ΔR0，使检流计偏转一格，求出电桥灵敏度；
再将R0改变为R0-ΔR0，使检流计反方向偏转一格，求电桥灵敏度。求两次的平均值（为什么要用这种方法测量？）

2．调节变压器输出进行加温，从15℃开始每隔5℃测量一次Rt，直到85℃。撤去电炉，使水温慢冷却，测量降温过程中，各对应温度点的Rt。求升温和降温时的各R的平均值，然后绘制出热敏电阻的Rt-t特性曲线。在t=50℃的点作切线，由式（3）求出该点切线的斜率及电阻温度系数α。

3．作曲线，确定式（1）中的常数R∞和B，再由式（3）求α（50℃时）。

（5）

4．比较式（3）和（5）两个结果，试解释那种方法求出的材料常数B和电阻温度系数α更准确。

5．注意事项

在升温时要尽量慢（调压器输出要小一些），升温过程中，电桥要跟踪，始终在平衡点附近。

思考题

1．如何提高电桥的灵敏度？

2．电桥选择不同的量程时，对结果的准确度（有效数字）有何影响？

热敏电阻温度传感器的温度特性测量实验报告篇3

温度传感器实验报告

一、实验目的：

1、了解各种电阻的特性与应用

2、了解温度传感器的基本原理与应用

二、实验器材

传感器特性综合实验仪温度控制单元温度模块万用表导线等

三、实验步骤

1、AD590温度特性

（1）、将主控箱上总电源关闭，把主控箱中温度检测与控制单元中的恒流加热电源输出与温度模块中的恒流输入连接起来。

（2）、将温度模块中的温控Pt100与主控箱的Pt100输入连接起来。

（3）、将温度模块中左上角的AD590接到传感器特性综合实验仪电路模块的a、b上（正端接a，负端接b），再将b、d连接起来，接成分压测量形式。

（4）、将主控箱的+5V电源接入a和地之间。

（5）、将d和地与主控箱的电压表输入端相连（即测量1K电阻两端的电压）。

（6）、开启主电源，改变温度控制器的SV窗口的温度设置，以后每隔设定一次，即Δt=，读取数显表值，将结果填入下表：

T（℃）

U(mV)

304

315

325

337

348

359

I（uA）

304

315

325

337

348

359

由于我们使用的是AD590温度集成模块，里面已经设置有如下关系：273+t=I (t为AD590设定温度)，因此可得测量温度与设定温度对照表如下：

T（℃）

t（℃）

通过上表可清楚地看出之间的误差。

四、实验中应注意的事项

1、加热器温度不能太高，控制在120℃以下，否则将可能损坏加热器。

2、采用放大电路测量时注意要调零。

3、在测量AD590时，不要将AD590的+、-端接反，因为反向电压输出数值是错误的，而且可能击穿AD590。

五、实验总结

从这个实验中使我充分认识了AD590、PTC、NTC和PT100的温度特性和应用原理，学会了如何制作简单的温度计，也意识到了这些电阻由于会随温度而改变可以利用这一点来制作温度开关，通过温度的变化而使开关自动化，或通过改变温度而控制开关的通断。传感器这一门很新奇，我渴望学会更多的知识，看到更多稀奇的东西，学好传感器这一门学科，与其他学科知识相结合，提升自己的能力，希望有一天我能亲自开发出更有用、更先进的传感器。