自动检测技术实验指导书

实验一 温度传感器

（一） 集成温度传感器的温度检测

一、 实验目的

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：集成温度传感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。为克服温敏晶体管生产时Ub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=1K见图1-1）即可实现电流到电压的转换。它使用方便且比电压型的测量精度更高。使用范围-50℃～+150℃，温度系数：1μA／Ｋ。 三、需用器件与单元：稳压电源模块、温度控制单元、温度源单元、集成温度传感器、数

字万用表。

图1-1 集成温度传感器实验原理图

四、实验步骤：

1、认真听实验教师的讲解，学会基本参数设定。 2、用导线把电路焊接好，注意AD590两端导线的长度要确保能放进恒温箱的测温孔里。 3、将恒温箱接到220V电源上，恒温箱风扇开始运转，同时数显部分显示当前恒温箱

温度。

4、按键盘上的设定键，数码管熄灭，进入输入设定温度程序。按数字键设定温度为

40摄氏度。接着按转换测温键。

5、恒温箱加热器（灯泡）会开始工作，直到数码管显示温度为40度时，灯泡熄灭，此时恒温箱内温度为40度。

6、把AD590放进恒温箱测温孔内，用数字万用表测量AD590的2脚电压。数字万用表档位为直流电压档，测量箱内温度。（温度值（摄氏度）=电压值/1mV-273）

重新设定温度值为40℃+n·Δt,建议Δt=2℃,n=1??10,每隔1n读出数显表输出电压与温度值。记下数显表上相应读数，记入表1-1。

7、由表1-1数据计算在此范围内集成温度传感器的非线性误差。 表1-1

T(℃) V(MV) 五、思考题：

1）大家知道在一定的电流模式下PN结的正向电压与温度之间具有较好的线性关系，因此就有敏二极管，你若有兴趣可以利用开关二极管或其它温敏二极管在50℃-10050℃之间，作温度特性，然后与集成温度传感器相同区间的温度特性进行比较，从线性看温度传感器线性优于温敏二极管，请阐明理由。

（二） 热电阻测温特性实验

一、实验目的：了解热电阻的特性与应用。

二、基本原理：利用导体电阻随温度变化的特性，热电阻用于测量时，要求其材料电

阻温度系数大，稳定性好，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在0-630.74℃以内，电阻Rt与温度t的关系为：

Rt=R0(1+At﹒t+Bt﹒t)

R0系温度为0℃时的电阻。本实验R0=100欧姆，At=3.9684×10/℃，Bt=5.847×-7210/℃，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。

三、需用器件与单元：加热源、K型热电偶、Pt100热电阻、温度控制单元、温度传感

器实验模板、数显单元、万用表。 四、实验步骤：

1、同实验（一）①、②、③、④步操作。

2、将Pt100铂电阻三根线引入(“Rt”输入)的a、b上；用万用表欧姆档测出Pt100三

根线中其中短接的二根线接b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1-2。

-2

2

图

1-2 热电阻测温特性实验

3、在端点a与地之间加直流源2V，合上主控箱电源开关，调Rw1使电桥平衡，即桥路

输出端b和中心活动点之间在室温下输出为零。 4、加±15V模块电源，调Rw3使V02=0，接上数显单元，拨2V电压显示档，使数显为零。

5、设定温度值50℃时记录下电压表读数值，重新设定温度值为30℃+n·Δt，建议Δt=2℃，n=1??10，每隔1n读出数显表输出电压与温度值，将结果填入下表1-2。 表1-2 t(℃) V(mv) 6、根据表1-2值计算其非线性误差。 五、思考题：

1）如何根据测温范围和精度要求选用热电阻？

2）请解释本实验中的“信号获取电路”的原理及电路参数。

（三） 热电偶测温性能实验

一、实验目的：了解热电偶测量温度的性能与应用范围。

二、基本原理：当两种不同的金属组成回路，如二个接点有温度差，就会产生热电势，这就是热电效应。温度高的接点称工作端，将其置于被测温度场，以相应电路就可间接测得被测温度值，温度低的接点就称冷端(也称自由端)，冷端可以是室温值或经补偿后的0℃、25℃。 三、需用器件与单元：热电偶K型、E型、加热源、温度控制仪、数显单元。

四、实验步骤：

1、将热电偶插到温度源插孔中，K型的自由端接到面板Ek端作标准传感器，用于设

定温度（红为正，黑为负）。 2、将E型热电偶自由端接入温度传感器实验模板上标有热电偶符号的a、b孔上，参见1-3，风扇电源与三源板的冷却风扇对应相连。 3、将R5、R6端接地，打开主控箱电源开关，将V02与数显表单元上的Vi相接。调Rw3

使数显表显示零位，主控箱上电压表波段开关拨到2V，打开面板上温控开关，设定仪表控制温度值T=30℃。 4、去掉R5、R6接地线，将a、b端与放大器R5、R6相接打开温控开关，观察温控仪指

示的温度值，当温度控制在30℃时，调Rw2，对照分度表将信号放大到比分值大10倍的指示值以便读数，并记录下读值。 5、重新设定温度值为30℃时记录下电压表读数值，重新设定温度值为30℃+n·Δt，

建议Δt=2℃，n=1??10，每隔1n读出数显表输出电压与温度值，并记录表1-3。 T+n·Δt V(mv) 6、根据表1-3计算非线性误差。

附：分度表

温度℃ -50 0 测量元件 热 E(mv) 电 偶 K(mv) 0 3.047 6.317 9.787 13.419 21.033 28.943 36.999 45.085 61.066 50 100 150 200 300 400 500 600 800 1200 1400 1600 0 2.022 4.095 6.137 8.137 12.027 3.261 4.234 5237 7.345 11.947 14.368 16.771 热 Cu50(Ω) 39.24 50 60.7 71.4 82.13 电 阻 Pt100(Ω) 80.3 100 119.4 138.5 157.31 175.84 12.02 247.04 280.90 313.59 375.57 五、思考题：

1）通过温度传感器的三个实验你对各类温度传感器的使用范围有何认识？

2）能否用AD590设计一个直接显示摄氏温度-50℃-50℃数字式温度计，并利用本实验台进行实验。

3）请解释本实验中的“信号获取电路”的原理及电路参数。

（四） 热电偶冷端温度补偿实验

一、实验目的：了解热电偶冷端温度补偿的原理与方法。

二、基本原理：热电偶冷端温度补偿的方法有：冰水法、恒温槽法和自动补偿法、电桥法，常用的是电桥法(图1-4)，它是在热电偶和测温仪表之间接入一个直流电桥，称冷端温度补偿器，补偿器电桥在0℃时达到平衡(亦有20℃平衡)。当热电偶自由温度升高时(>0℃)热电偶回路电势Uab下降，由于补偿器中PN呈负温度系数，其正向压降随温度升高而下降，促使Uab上升，其值正好补偿热电偶因自由端温度升高而降低的电势，达到补偿目的。 三、需用器件与单元：温度传感器实验模板、热电偶、冷端温度补偿器、外接直接源+5V、±15V。

四、实验步骤：

1、按实验（一）①、②、③、④步操作。 2、温度控制仪表设定温度值50℃。

3、将E型热电偶置于加热器插孔中，自由端接 入面板Ek端，并接入数字电压表，电压表量程置200mv，合上主控箱加热源开关，使温度达到 50℃，记下此时电压表E型热电偶的输出热电势V1，并拆去与电压表的联线。

4、保持工作温度30℃不变，将冷端温度补偿器(0℃)上的热电偶(K型)插入加热器另一插孔中， 在补偿器4端、3端加补偿器电源+5V，使冷端补偿器的①、②端接入数字电压表，读取数显表上 数据V2。

图1-4 冷端温度补偿原理图

5、比较V1、V2二个补偿前后的数据，根据实验时的室温与K型热电偶分度表，计算

因自由端温度下降而产生的温差值。 T+n·Δt 未补偿V(mv) 补偿V(mv) 五、思考题：

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