實驗? 溫度測量與控制實驗

一、實驗目的

1、了解溫度是一個基本物理量，也是一個與人們的生活環境、生產活動密切相關的重要物理量。溫度的測量和控制技術應用十分廣泛。

2、? 解溫度傳感器的種類。

3、了解檢測溫度的傳感器種類不同，采用的測量電路和要求不同，執行器、開關等的控制方式也不同。

4、掌握本實驗所選用的半導體PN結溫度傳感器工作原理。

二、實驗要求與內容

1、運用電子技術來實現溫度測量和控制任務，完成溫度測量和控制電路的連接和調試。

2、學會對電子電路的檢測和排除電路故障，進一步熟悉常用電子儀器的使用，提高分析問題和解決問題的能力。

3、本次實驗所選用的傳感器為半導體傳感器。即測溫元件采用由半導體二極管構成的PN結傳感器。測量電路是通過電壓比較放大電路來實現溫度的檢測。控制電路也是通過兩個電壓比較電路來實現對兩個繼電器的控制。

4、測試電路中1—14點電壓及兩只三極管b、e、c電壓，說明測溫、控溫原理，完成實驗報告。

5、? 談實驗的收獲與體會。

三、實驗所用設備及元件

直流穩壓電源（ ±5V ）；

萬用表；

水銀溫度計；

插接電路板、元器件等。

四、實驗參考電路圖??????????

五、實驗步驟

1、安裝U1A及外圍電路。D1二極管需要焊接二根長線，引出電路板。接好電路之后，檢查無誤，方可通電。給D1加熱，測量U1A的輸出電壓VO1 。通過測量可以發現：隨著溫度的升高，VO1降低。

2、安裝U1B及外圍電路。W1為調零電位器，W2為定標電位器。

在室溫下調整W1，使U1B的輸出VO2為室溫時的電壓輸出（當量為10mV/℃）。將D1放入熱水（40--50℃）中，調整W2，使U1B的輸出VO2 正確。注意應反復調整W1、W2電位器，使VO2輸出正確。

3、安裝U1C和U1D及它們控制的繼電器。

調整W3，使a點的電位為300 mV（即設定的控制溫度上限為30度）；調整W4，使 b點的電位為200mV（即設定的控制溫度下限為20度），U1C和U1D分別控制繼電器J1和J2。

當溫度低于20℃時，VO4為高電平（約3.55V），紅色發光二極管亮，三極管T2飽和導通，集電極C2為低電平（約0.1V—0.15V），使J2繼電器吸合，控制加熱器開始加熱（給同學示范）。

當溫度高于30℃時，VO3為高電平（約3.55V），綠色發光二極管亮，三極管T1飽和導通，集電極C1為低電平（約0.1V—0.15V），使J1繼電器吸合，控制制冷器開始制冷（給同學示范）。

當溫度在設定溫度上下限（20度至30度）之間時，VO2值為（200mV—300mV）,使 VO3 、VO4均為負值（約-5V）, 紅色和綠色發光二極管全熄滅，此時兩只三極管均截止，集電極C1、C2均高電平（約+5V），J1、J2繼電器斷開，不加熱也不制冷。因此從以上不同的狀態顯示就可以知道溫度情況及溫度控制情況。

4、注意事項

為避免測溫二極管本身通電產生的溫度升高對測溫的影響，電路設計時注意不要使通過測溫元件的電流超過lmA。

六、思考題

1、電路中所用溫度傳感器有何特點？

2、指出本實驗電路的優缺點，并提出對電路的改進意見。

附錄

1、PN結溫度傳感器：

溫度傳感器是利用一些金屬、合金或半導體材料與溫度有關的特性制成，常用的有熱電偶、熱電阻、熱敏電阻、半導體PN結及集成溫度傳感器等。

PN結溫度傳感器是利用PN結的結電壓隨溫度成近似線性變化這一特性，可直接用半導體二極管或將半導體三極管接成二極管(將集電極與基極短接)做成PN結溫度傳感器。這種傳感器測溫范圍為-50℃至150℃，有較好的線性度，尺寸小，響應快、靈敏度高、熱時間常數小的特點，用途較廣。

可將普通二極管(如1N4148)或硅三極管用作溫度傳感器。

但普通二極管或三極管即使型號相同，其溫度特性也有較大差異，因而互換性差。現已有專用的溫敏二極管和溫敏三極管產品供選用。如國產2DWM型溫敏二極管，外形封裝有珠型、管型、探針型等，其測溫范圍為-50℃～150℃，線性度達土0.3%。另外，由三個PN結構成的溫敏晶閘管，是一種新型的溫敏元件，主要用于溫度控制及過熱保護。

2、溫度與溫標

溫度不能直接加以測量，只能借助于冷熱不同的物體之間的熱交換，以及物體的某些物理性質隨著冷熱程度不同而變化的特性間接測量。

為了定量描述溫度的高低，必須建立溫度標尺（溫標），溫標就是溫度的數值表示。各種溫度計和溫度傳感器的溫度數值均有溫標確定。國際溫標是一個國際協議性溫標。其規定仍以熱力學溫度作為基本溫度，1K等于水三相點熱力學溫度的1/273.16。它同時定義國際開爾文溫度（符號T90）和國際攝氏溫度（符號t90）和之間的關系：

t90/oC= T90 /K-273.16

在實際應用中一般直接用t和T代替t90 和T90。

3、溫度測量的主要方法和分類

溫度傳感器的組成：現場的感溫元件和控制室的顯示裝置兩部分組成。

溫度測量方法按感溫元件是否與被測介質接觸分成接觸式測溫和非接觸式測溫兩大類。

接觸式測溫是使測溫敏感元件和被測介質接觸，當被測介質與感溫元件達到熱平衡時，溫度感溫元件與被測介質的溫度相等。這類溫度傳感器結構簡單、工作可靠、精度高、穩定性好、價格低、應用廣泛。

非接觸式測溫是應用物體的熱輻射能量隨溫度的變化而變化的原理。可測高溫、腐蝕、有毒、運動物體和固體、液體表面的溫度，但精度低，使用不方便。