實(shí)驗(yàn)二溫度傳感器的特性及應(yīng)用

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張日欣生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心2005.11.一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私庳?fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻和PN結(jié)溫度傳感器的特性及工作情況。了解溫度測(cè)量時(shí)其它因素對(duì)溫度敏感元件的影響和一些典型的補(bǔ)償辦法。了解PN結(jié)致冷現(xiàn)象，學(xué)會(huì)半導(dǎo)體致冷器件的使用。二、設(shè)備、器件介紹1.設(shè)備介紹直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源固定直流電源2.器件介紹NTC熱敏電阻PN結(jié)（硅二極管）半導(dǎo)體致冷片NTC熱敏電阻IN4148二極管-+設(shè)備、器件介紹半導(dǎo)體致冷片正面?zhèn)让?-三、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備1.半導(dǎo)體致冷片的連接：（1）穩(wěn)流：將穩(wěn)壓/穩(wěn)流電源的一組電源調(diào)節(jié)到穩(wěn)流輸出狀態(tài)，并使之處于電流最小的位置。然后關(guān)閉電源；（2）極性：將半導(dǎo)體致冷片二根引線中的紅色線接穩(wěn)壓電源的正極，黑色線接負(fù)極；（3）試驗(yàn)：經(jīng)檢查無誤后，開啟穩(wěn)壓/穩(wěn)流電源，并緩慢調(diào)節(jié)輸出電流至100mA左右，用手接觸半導(dǎo)體致冷片的兩面(冷端和熱端)，體驗(yàn)致冷片兩面的溫差，并據(jù)此確認(rèn)致冷片冷端和熱端。調(diào)節(jié)穩(wěn)壓/穩(wěn)流電源的輸出電流(最大允許到2A)，感覺溫差的變化；（4）復(fù)位：減小穩(wěn)壓/穩(wěn)流電源的輸出電流至0，切斷電源，讓致冷片恢復(fù)常溫，準(zhǔn)備后面的實(shí)驗(yàn)。注意： 正接/反接----〉熱傳導(dǎo)相反實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備3.固定電源的連接：（1）觀察固定電源面板，找出+12V/+15V、-12V/-15V、參考點(diǎn)的接線端子；（2）打開電源，用萬用表或示波器測(cè)量各接線端電壓，并調(diào)節(jié)旋鈕使輸出電壓為±12V。電源開關(guān)12/15V切換12/15V電壓調(diào)整+5v固定電源25V固定電源參考零點(diǎn)12/15V電源實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備4.標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)連接：（1）使用數(shù)字萬用表的測(cè)溫功能作為溫度計(jì)；（2）將熱電偶插到數(shù)字萬用表的溫度測(cè)量端；（3）將量程表撥至溫度測(cè)量檔（℃），打開數(shù)字萬用表電源，屏幕顯示數(shù)字即當(dāng)前室溫；（4）用手捏住熱電偶，觀察讀書變化，當(dāng)讀書基本穩(wěn)定時(shí)即是手指體表溫度。四、實(shí)驗(yàn)電路及數(shù)據(jù)記錄1.NTC熱敏電阻阻值隨溫度變化的觀察實(shí)驗(yàn)電路：實(shí)驗(yàn)電路及數(shù)據(jù)記錄2.熱敏電阻和標(biāo)準(zhǔn)溫度傳感器的安裝（1）固定：將實(shí)驗(yàn)用的熱敏電阻以及作為標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)FY93型萬用表的溫度傳感器用橡皮筋固定在半導(dǎo)體致冷片熱端的中部。注意使二者盡量靠近但不要造成短路；（2）按照?qǐng)D1-2中的電路在面包板上插接好所有器件，其中電壓表MV為萬用表的2V直流電壓檔。實(shí)驗(yàn)電路及數(shù)據(jù)記錄3.測(cè)試并記錄10組數(shù)據(jù)：（1）半導(dǎo)體致冷片正向連接記錄5組數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)半導(dǎo)體致冷片的電流使每組數(shù)據(jù)之間以0.1A遞增，稍等溫度顯示穩(wěn)定，記錄一次數(shù)據(jù)；測(cè)試完畢調(diào)節(jié)電流源使半導(dǎo)體致冷片電流為0；關(guān)閉電源；（2）半導(dǎo)體致冷片反向連接記錄5組數(shù)據(jù)交換半導(dǎo)體致冷片極性，調(diào)節(jié)半導(dǎo)體致冷片的電流使每組數(shù)據(jù)之間以0.1A遞增，稍等溫度顯示穩(wěn)定，記錄一次數(shù)據(jù)；溫度(C)電壓(V)實(shí)驗(yàn)電路及數(shù)據(jù)記錄4.PN結(jié)溫度傳感器測(cè)溫實(shí)驗(yàn)（1）PN節(jié)二極管和標(biāo)準(zhǔn)溫度傳感器的安裝（同前）

（2）放大電路的連接，注意正負(fù)電源的連接

（3）測(cè)試并記錄10組數(shù)據(jù)（同前）

五、注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中要小心操作，避免人身和儀器受損。從設(shè)計(jì)者和使用者的雙重角度細(xì)心觀察儀器，以利于今后的學(xué)習(xí)和課題研究、設(shè)計(jì)任務(wù)；發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)立即切斷電源，并及時(shí)報(bào)告老師；標(biāo)準(zhǔn)溫度測(cè)量可以將萬用表調(diào)整到溫度測(cè)量檔，并直接讀數(shù)；測(cè)量時(shí)應(yīng)注意控制溫度緩慢增加，并在每個(gè)測(cè)量點(diǎn)上多停留一些時(shí)間，待作為標(biāo)準(zhǔn)溫度測(cè)量?jī)x的萬用表讀數(shù)穩(wěn)定后，再將其切換到電壓檔，讀出相應(yīng)的電壓值。半導(dǎo)體致冷片在工作時(shí)應(yīng)注意其擺放位置，不要與其它儀器設(shè)備接觸，以免造成破壞，正確的方法是放在墊子上；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，注意關(guān)閉電源，從面包板上拆下所有的器件，以及各種連線，并將所有器件和工具放回工具盒/器件盒中。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析思考根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)計(jì)算出NTC熱敏電阻不同溫度下相應(yīng)的阻值，并劃出相應(yīng)曲線。假如希望NTC熱敏電阻兩端的電壓與熱敏的電阻成正比，應(yīng)當(dāng)如何修改電路。根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)計(jì)算出測(cè)量所用PN結(jié)在溫度每變化1C時(shí)實(shí)際的電壓變化值(放大器的增益約為4.7)。評(píng)價(jià)和比較PN結(jié)與NTC熱敏電阻測(cè)溫電路的特點(diǎn)和異同。分析一下兩種測(cè)溫電路的誤差來源。如果要在圖2中