实验二十六温度传感器及温度控制实验.docx

实验二十六温度传感器及温度控制实验(AD590)一、实验目的1、熟悉半导体型温度传感器AD590的基本性能。2、应用AD590实现对温度的检测和简单控制。二、实验所用单元温度传感器、温度传感器转换电路板、温度控制电路板、玻璃管水银温度计、 直流稳压电源、低压交流电源、数字电压表、位移台架。三、实验原理及电路1、温度传感器电路如图26-1所示。AD590能把温度信号转变为与绝对温度 值成正比的电流信号I。，比例因子为1 p A/K。通过运算放大器实现电流运算 I =I I，在运算放大器输出端得到与温度成线性关系的电压U。2010通过调节电位器RP1和RP2，可以使Uo在被测温度范围内具有合适数值。例 如被测温度范围为0100°C,，则可在0。1 寸，调节RP/吏Uo为0V；在100T时， 调节RP2使Uo为5V,这样被测温度每变化1C对应Uo变化50mV。图26-1温度传感器实验原理图则I0与I1相等：5V5V=273 .2四A，那么 R + RP = = 18.31K。Ri + Rpi11 273 w在本实验中，由于0°。和100C这两个温度不便得到，因此温度/电压的标定 采用理论值推算的方法。在0C下AD590的电流理论值为273.2p A，要使输出电 压Uo为0V，100°C下AD590的电流理论值为373.2 mA,此时要使U。为5V,则：I = = I - I = 100 uA，那么 R + RP = 5V = 50 KO2 R2 + RP20122100 uA2、如果将转换电路的输出电压连接到加热及温度控制电路中（图26-2）的 电压比较器，通过继电器控制保温盒电热元件的通电或断电，这样根据电压比较 器调温端的基准电压大小，就能使保温盒内的温度保持在某一数值范围内。ML220V图26-2加热及温度控制电路图四、实验步骤1、固定好位移台架，将温度传感器置于位移台架上，将水银温度计插入温 度传感器上方的小孔内，轻靠在温度传感器上。2、在此实验中，我们用输出电压U反映实测温度，用温度计作为校核标准。 根据上述理论推算方法，在温度传感器转换电路板上，调整好RP1和RP2的阻值。3、按照图26-1和图26-2接线，将实验箱（台）面板、转换电路板和温度 传感器小板上的有关点相连，另外连接E点和Q点，将面板上数字电压表置于 20V档，转换电路板上打在B2 （低温）侧。然后下降。当UO降到2V左右时，继电器J断开，接通加热电源，温度仍会继续 稍有下降，然后上升。经过几次这样的循环，温度变化范围会稳定下来。如果温度计的平均指示值小于40°C，应适当减小RP的阻值，反之则要增加。调整RP2,使温度计的平均指示值尽量接近40C。说明本实验中的温度控制原理，这种控制方法有什么优缺点？6、调节RP4，使给定电压为2.5V，设定温度为50C，重复上一步骤。五、实验报告1、实验内容中所采用的调节方法：先调节室温下的RP1，再调节40C下的 RP?， 如果不考虑八 它因素， 这种方法正 n 正耳吏口 适的. 力什 .实验二十七K型热电偶的温度控制实验、实验目的了解K型热电偶的特性与应用。二、实验所用单元加热室、K型热电偶（温度控制用）、K型热电偶（测量用）、温度控制单位、 热电偶、热电阻传感器转换板、数字电压表、万用表（自备）三、实验原理及电路当两种不同的金属组成回路，如二个接点处的温度不同，在回路中就会产生 热电势，这就是热电效应。温度高的接点称为工作端，置于被测温度场，温度低 的接点称为冷端（或自由端），冷端的温度为恒温，一般为室温或补偿后的0°C 或 25C。热电偶实验原理图如图27-1所示。K型热电偶接至差动放大器的输入端， 经放大后输出电压由数字电压表显示。图27-1 K型热电偶温度控制实验原理图四、实验步骤1、仔细阅读附录中的“温度控制仪表操作说明”，学会基本参数设定。2、将温度控制用的热电偶插入加热室的一个传感器安置孔中，热电偶自由 端引线插入实验台面板中的标准值输入端，红线为正极。3、将加热源16V输出的两根电源线与加热室面板上的输入相连。4、将转换电路板E、G两端短接并接地，接通电源，调节RP使OUT为零，然后断开E、G之间的短接线。325、按照图27-1进行接线，测量用的K型热电偶放入加热室的另一个插孔中， 两根引出线接至电路板上E、G两端，注意引出线带红色套管或红色线的为正极， 接至E端，黑色线接至G端。6、设定温度控制仪的给定值为50°C，接通加热开关，等待温度稳定时，调 节Rw使数字电压表指示值为K型热电偶50C下分度值的100倍，以便读数（K 型热电偶50C时的分度值为2.022mV），重新设定温度给定值为52C，等待温度 稳定时记录下数字电压表读数，重复进行以上步骤，温度给定值每次增加2C， 将实验结果记入下表中。表 27-1t(C)U泌(mV)五、实验报告根据表27-1的实验结果，画出K型热电偶的特性曲线，并计算K型热电偶 的非线性误差。实验二十八热电偶冷端温度补偿实验*一、实验目的了解热电偶冷（自由）端温度补偿的原理与方法。二、实验所用单元热电偶与热电阻传感器转换板、加热室、K型热电偶（温度控制用）、冷端 温度补偿器、数字电压表、直流稳压电源。三、实验原理及电路根据实验二十七，热电偶是一种温差测量传感器。为直接反映温度的摄氏温 度值，需对其自由端进行温度补偿。热电偶冷端补偿的方法有：冰水法、恒温槽 法、自动补偿法、电桥法，常用的是电桥法图28-1，它是在热电偶和测温仪表 之间接入一个直流电桥，称冷端补偿器，补偿器电桥在0C时达到平衡（亦有20C 平衡）。当热电偶自由端E、G温度升高时。0C）热电偶回路的电势U下降， 由于补偿器中PN结呈负温度系数，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。ab图28-1冷端温度补偿原理图四、实验步骤1、仔细阅读附录中的“温度控制仪表操作说明”，学会基本参数设定。按实 验二十七、步操作。2、将冷端温度补偿器0°C上的热电偶K、E插入加热室另一插孔中，在补偿 器、端加上补偿器电源+ 5V，将冷端补偿器的、端接入数字电压表，重 复实验二十七步的加温过程，记录电压表的数据。五、实验报告1、将上述数据与实验二十七中的结果比较，分析补偿前后数据，参照热电 偶分度表，计算因补偿后惨使自由温度下降而产生的温差值。2、上述的温差值代表什么含义？实验二十九E型热电偶的温度控制实验一、实验目的了解E型热电偶的特性与应用。二、实验所用单元加热室、K型热电偶（温度控制用）、E型热电偶（测量用）、温度控制单位、 热电偶、热电阻传感器转换板、数字电压表、万用表（自备）三、实验原理及电路实验及电路参见实验二十七，本实验测量E型热电偶的特性。四、实验步骤按实验二十七的步骤进行操作，将实验结果记入下表中，E型热电偶在50°C 时的分度值为3.047mV。表 29-1t(C)U。"）五、实验报告1、根据表29-1的实验结果，画出E型热电偶的特性曲线，并计算E型热电 偶的非线性误差。2、比较K型热电偶与E型热电偶的特性。实验三十铂热电阻的温度控制实验、实验目的了解铂热电阻的特性与应用。二、实验所用单元加热室、K型热电偶、Pt铂热电阻、温度控制仪、热电偶、热电阻传感器 转换板、数字电压表、万用表0»自备)三、实验原理及电路利用导体电阻随温度变化的特性，可以通过测量电路将电阻的变化转换为电 压输出，达到测量温度的目的。铂热电阻用于温度测量时，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呈线性关系。常用的有铂热 电阻和铜热电阻，铂热电阻的阻值与温度的关系为：R =R (1+At+Bt2)，其中R为温度t下的阻值，R为0°C下的阻值，铂热电阻一 晚采用三线连接，其中一端接二根引线主要是为消除引线电阻对测量结果的影响。铂热电阻实验原理图如图30-1所示。铂热电阻与R、R、R组成直流电桥，经差动放大器放大后输出电压由数字电压表显示。1 2 4+ 2V+ 15V R13317Ri7JR4图30-1铂热电阻温度控制实验原理图四、实验步骤1、按实验二十七的步骤全进行操作。2、按照图30-1进行接线，铂热电阻的三根引线接至R输入的A、B两端上： 用万用表欧姆档测出铂热电阻三根引线中短接的二根引线；将其接到B端。3、将转换电路板E、G两端短接并接地，接通电源，调节RP3使OUT2为零。4、将E、G两端按照图30-1接全桥路输出，调节RP1使电桥平衡，OUT2为零。5、设定温度控制仪的给定值为50°C，将铂热电阻插入加热源另一个插孔中， 接通加热开关，等待温度稳定时记录下数字电压表读数，重新设定温度给定值为 52C，等待温度稳定时记录下数字电压表读数，重复进行以上步骤，温度给定值 每次增加2C，将实验结果记入下表中。表 30-1t(C)UO2 (mV)五、实验报告1、根据表30-1的实验结果，画出铂热电阻的特性曲线，并计算铂热电阻的 非线性误差。2、在选用热电阻时，需要考虑哪些因素？实验三一 铜热电阻的温度控制实验一、实验目的了解铜热电阻的特性与应用。二、实验所用单元加热室、K型热电偶、铜热电阻、温度控制单位、热电偶、热电阻传感器转 换板、数字电压表、万用表（自备）三、实验原理及电路实验原理及电路图参见实验三十，注意铜热电阻接全桥路的C、D两端。四、实验步骤按实验三十的步骤进行操作，将实验结果记入下表中。表 31-1t(C)UO2 (mV)五、实验报告1、根据表31-1的实验结果，画出铜热电阻的特性曲线，并计算铜热电阻的 非线性误差。2、比较铂热电阻与铜热电阻的特性有何不同之处。4、接通电源（加热电源开关K断开），经过几分钟，等待电路工作稳定， 此时实验系统所测量的温度为室温t。细调RP1使输出电压Uo与室温相对应，其 数值的关系为UO = 0.05t。5、调节电位器RP，使温度给定电压为2V，即表示设定温度为40C，接通 加热电源开关，观察升4 5温过程。在升温过程中，由于温度计的热惯性比AD590小，因此温度计指示值要慢于 U的变化。此时转换电路板上的红色指示灯VD灭，继电器J断开，传感器小板 上的绿色指示灯亮，表示处于加热过程。1当Uo达到2V时，继电器J吸合，断开加热电源，但温度仍会继续稍有上升，