81-FD-BHM-A温度传感器特性及人体温度测量实验仪使用说明(080626)

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图1 【实验内容】

PN结温度传感器温度特性的测量及应用

⑴. 将控温传感器Pt100铂电阻插入干井式恒温加热炉中心井,PN结温度传感器插入干井式恒温加

热炉另一个井内。按要求插好连线。从室温开始测量,然后开启加热器,每隔10.0℃控温系统设置温度并进行PN结正向导通电压Ube的测量,

⑵.制作电子温度计:将PN结的Ube随温度变化的电压(负温度系数-2.3mV/℃)通过放大电路(放

大电路不作详细介绍)转化为正温度系数10mV/℃的电压输出,并将输出电压与标准温度进行对比校准,即可制成电子温度计。插上PN结实验电路电源(+5V),将控温传感器Pt100铂电阻(A级),插入干井炉中心井,用水银体温表对控温传感器Pt100铂电阻进行37.0℃的校正,控温仪作37.0℃的自适应整定。调整电路的校正与调零电位器,使输出电压与温度变化同步(即温度每1℃输出电压变化10mV)。测量电子温度计的线性度(从35.0℃--42.0℃),每隔0.5℃测量一次,到42.0℃止。

(3)进行人体各部位(腋下、眉心、手掌内)的温度测量(除口腔外)并与水银体温表测量口腔(口

腔表)的温度进行比较,了解人体各部位温差的原因。 【实验数据】

*本实验所用传感器与仪器出厂所配传感器性能有一定差异,实验数据仅供参考

表1 PN结正向导通电压Ube与温度的关系

t/℃ 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 Ube/V 0.5856 0.5636 0.5427 0.5212 0.4989 0.4768 0.4548 用最小二乘法直线拟合,求出结果。

温度系数K= -0.0022V/℃ 相关系数r=0.9999 *如需节省时间,可每隔5.0℃控温系统设置一次。

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表2 用PN结自制电子温度计与标准温度计示值比较

t/℃ 35.0 35.5 36.1 36.6 37.2 37.7 38.02 38.56 38.9 39.3 39.9 40.6 41.2 41.7 42.2 t1/℃ 35.0 35.4 35.9 36.4 37.0 37.5 38.0 38.5 39.1 39.5 40.1 40.7 41.1 41.5 42.2 (口腔表)

Δt/℃

0.0 +0.1 +0.2 +0.2 +0.2 +0.2 +0.2 +0.1 -0.2 -0.2 -0.2 -0.1 +0.1 +0.2 0.0 表2中Δt=t1-t,t1为口腔表读数,t为自装数字温度表读数。由于存在着控温精度的调整和温度传感器与井式炉的热接触问题,在35℃-42℃温度范围内有一定的误差。 实验二: 电压型集成温度传感器(LM35)温度特性的测量及应用 【实验目的】

1. 测量电压型温度传感器(LM35)输出电压与温度的关系,求出LM35温度传感器的灵敏度与相关系数;

2. 用LM35温度传感器、放大电路和数字电压表组装数字式电子温度表,并对数字式温度表进行校正(用医用级水银温度计作标准);(选做)

3. 用组装数字式电子温度表(LM35温度传感器)进行人体各部位(眉心;腋下;手心;下肢)温度分布情况的测量,口腔用水银体温表(需用酒精消毒),了解人体各部分的温差。(选做) 【实验仪器】

FD-BHM-A温度传感器特性及人体温度测量实验仪、(可控温数显干井式恒温加热系统、LM35温度传感器、可调整放大器、数字电压表、插接线,医用级口腔表等)。 【实验原理】

LM35集成电压型温度传感器

LM35温度传感器,标准T0-92工业封装,由于其输出的是与温度对应的电压(10mV/℃),且线性极好,故只要配上电压源,数字式电压表就可以构成一个精密数字测温系统。输出电压的温度系数K=10.0mV/℃,利用下式可计算出被测温度t(℃): Uo=Kt=(10mV/℃)t

即 t= Uo/K (1)

LM35温度传感器的电路符号见图4,Uo为输出端

U0

图1

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实验测量时只要直接测量其输出端电压Uo,即可知待测量的温度。 【实验内容】

集成温度传感器LM35温度特性的测量及应用

(1)插接好电路,将控温传感器PT100铂电阻(A级)插入干井式恒温加热炉中心孔,开始从环境温度起测量,然后开启加热器,每隔10.℃控温系统设置一次,控温后,恒定2min测试传感器LM35的输出电压。

⑵.制作电子温度计:将电压输出型LM35的输出电压通过放大电路并将输出电压与标准温度进行对比校准,即可制成电子温度计。插上LM35实验电路电源(+5V),将控温传感器Pt100铂电阻(A级),插入干井式恒温加热炉中心井,用标准水银温度计对控温传感器Pt100铂电阻(A级)进行37.0℃的校正,控温仪作37.0℃的自适应整定。调整电路的校正电位器,使输出电压与温度变化同步(即每℃变化10mV)。测量电子温度计的线性度(从35.0℃--42.0℃),每隔0.5℃测量一次,到42.0℃止。

(3)进行人体各部位(腋下、眉心、手掌内)的温度测量(除口腔外)并与水银体温表测量口腔(口腔表)的温度进行比较,了解人体各部位温差的原因。 【实验数据】

*本实验所用传感器与仪器出厂所配传感器性能有一定差异,实验数据仅供参考

表1 集成温度传感器LM35输出电压与温度的关系

t/℃ 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 Uo/V 0.1934 0.3006 0.4020 0.5035 0.6020 0.7036 0.8046

得到数据用最小二乘法进行拟合得:利用Uo=Kt+A 灵敏度K=0.0102V/℃ 相关系数r=0.99989 表2用LM35制作数字电子温度计与标准温度示值比较

t/℃ 35.0 35.5 36.0 36.5 37.0 37.5 38.0 38.5 39.0 39.5 40.0 40.5 41.0 41.5 42.0

U0/V 0.3500 0.3552 0.3604 0.3652 0.3712 0.3753 0.3808 0.3856 0.3912 0.3956 0.4008 0.4050 0.4111 0.4155 0.4200 t1/℃ 34.9 35.4 35.9 36.4 37.0 37.5 38.0 38.5 39.0 39.5 40.2 40.5 41.0 41.7 42.1 (口腔表)

Δt/℃

0.1 +0.1 +0.1 +0.1 +0.1 0.0 0.0 0.0 +0.1 +0.1 -0.1 0.0 +0.1 -0.10

+

表2中Δt=t1-t,t1为口腔表示值,t为自装数字温度表示值,由于存在着控温精度的调整和温度传

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感器与井式炉的热接触问题,在35℃-42℃温度范围内有一定的误差。 实验三: 负温度系数热敏电阻(NTC 1K)温度传感器温度特性的测量及应用 【实验目的】

1.用恒流源法测量负温度系数热敏电阻的阻值与温度的关系,求得灵敏度。

2.用热敏电阻温度传感器NTC1K(负温度系数),放大器和数字电压表组装成数字式电子温度表,并对数字式温度表进行校正(用医用级水银温度计作标准)(选做)。

3.进行人体各部位(腋下、眉心、手掌内)的温度测量(除口腔外)并与水银体温表测量口腔(口腔表)的温度进行比较,了解人体各部位温差的原因。 【实验仪器】

FD-BHM-A温度传感器特性及人体温度测量实验仪、(可控温数显干井式恒温加热系统、NTC 1K热敏电阻温度传感器、可调整放大器、数字电压表、插接线,医用级口腔表等) 【实验原理】 1.恒电流法测量热电阻

恒电流法测量热电阻,电路如图1所示,

图1

电源采用恒流源,R1为已知数值的固定电阻,RT为热电阻。UR1为R1上的电压,URT为RT上的电压,UR1用于监测电路的电流。当电路电流恒定时,则只要测出热电阻两端电压URT, 即可知道被测热电阻的阻值。当电路电流为I0,温度为T时,热电阻RT为:

RT?URTIO?R1URTUR1 (1)

2. 负温度系数热敏电阻(NTC 1K)温度传感器

热敏电阻是利用半导体电阻阻值随温度变化的特性来测量温度的,按电阻阻值随温度升高而减小或增大,分为NTC型(负温度系数热敏电阻)、PTC型(正温度系数热敏电阻)和CTC(临界温度热敏电阻)。NTC型热敏电阻阻值与温度的关系呈指数下降关系,但也可以找出热敏电阻某一较小的、线性较好范围加以应用(如35-42℃)。如需对温度进行较准确的测量则需配置线性化电路进行校正测量(本实验没进行线性化校正)。以上三种热敏电阻特性曲线见图2。

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