实验：热电式传感器

一、实验目的：
1．观察了解热电偶的结构，熟悉热电偶的工作特性，学会查阅热电偶分度表。
2．了解PN结温度传感器的原理和工作情况。
3．了解NTC（负温度系数）热敏电阻现象和特性。
二、实验原理：
热电偶、热敏电阻和PN结测温传感器是典型的热电传感器。
热电偶的基本工作原理是热电效应，当其热端和冷端的温度不同时，即产生热电动势。通过测量此电动势即可知道两端温差。如固定某一端温度（一般固定冷端为室温或0℃），则另一端的温度就可知，从而实现温度的测量。CSY型.CSY10.CSY10A型实验仪中热电偶为铜一康铜（T分度）,CSY10B型为镍铬-镍硅（K分度）。
半导体PN结具有非常良好的温度线性。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，根据这一原理制成的PN结集成温度传感器，可以直接显示绝对温度K，并且具有良好的线性与精度。
用半导体材料制成的热敏电阻具有灵敏度高，可以应用于各领域的优点，热电偶一般测高温时线性较好，热敏电阻则用于200℃以下温度较为方便，本实验中所用热敏电阻为负温度系数。温度变化时热敏电阻阻值的变化导致运放组成的压/阻变换电路的输出电压发生相应变化。
三、实验所需部件：
热电偶、加热器、差动放大器、电压表、温度计、PN结集成温度传感器、温度变换器、热敏电阻。
四、实验步骤：
1．热电偶实验步骤：
① 打开电源，差动放大器调零。
② 差动放大器双端输入接入热电偶，如图11所示，打开加热开关，迅速将差动放大器输出调零（调节差动放大器调零旋钮）。

热电式传感器实验电路图

③ 随加热器温度上升，观察差动放大器的输出电压的变化，待加热温度不再上升时（达到相对的热稳定状态），记录电压表读数。
④ 本仪器上热电偶是由两支铜－康铜热电偶串接而成，（CSY10B型实验仪为一支K分度热电偶），热电偶的冷端温度为室温，放大器的增益为100倍，计算热电势时均应考虑进去。用温度计读出热电偶参考端所处的室温tn。
E（t , to） = E（t , tn） + E（tn , to）
实际电动势 = 测量所得电势 + 温度修正电动势
式中E为热电偶的电动势，t为热电偶热端温度，to为热电偶参考端温度为0℃，tn为热电偶参考端所处的温度。查阅铜-康铜热电偶分度表或镍铬-镍硅热电偶分度表，求出加热端温度t。
2．PN结温度传感器步骤：
① 将PN结温度传感器按照图12接线。

② 打开加热器，观察温度上升时电压表示数的变化；关闭加热器停止加热，观察温度降低时电压表示数的变化。记录下以上的观察现象，并根据电路分析其原因。

3．NTC（负温度系数）热敏电阻实验步骤：
① 观察装于悬臂梁上封套内的热敏电阻，将热敏电阻按照图13线。
② 打开加热器，观察温度变换器电压表输出随着的温升与温降的变化情况。把以上情况记录下来，并根据电路分析其原因

NTC热敏电阻实验电路图

五、注意事项：1．实验前应检查实验接插线是否完好，连接电路时应尽量使用较短的接插线，以避免引入干扰。
2．接插线插入插孔，以保证接触良好，切忌用力拉扯接插线尾部，以免造成线内导线断裂。
3．稳压电源不要对地短路。所有单元电路的地均须与电源地相连。
4．因为仪器中差动放大器放大倍数≈100倍，所以用差动放大器放大后的热电势并非十分精确，因此查表所得到的热端温度也为近似值。
5．三位半数字电压表必须打在2V档。
六、思考：
1．试分析PN结测温电路的误差来源。
2．在使用热电偶测温时，为什么要进行冷端补偿？有那些冷端补偿方法？