温度传感器的特性研究本科.doc

目 录 引言 1 1 温度传感器的类型 1 2 温度传感器的特性测量 2 2.1 实验仪器简介 2 2.2 PN结温度传感器的温度特性测量 2 2.3 电压型集成温度传感器（LM35）输出电压与温度特性的测量 4 2.4 负温度系数热敏电阻（NTC 1K）温度传感器温度特性的测量 6 3 不同温度传感器的数字温度计的设计 8 3.1 PN结数字温度计的设计 8 3.2 LM35数字温度计的设计 9 3.3 NTC 1k数字温度计的设计 10 3.4不同温度传感器的温度计评估 10 4 温度传感器的应用及发展前景 11 4.1 温度传感器的应用 11 4.2 温度传感器的发展前景 11 结束语 12 参考文献 12 英文摘要 12 致谢 13  温度传感器的特性研究 摘要：温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器，通过检测物理量而可知其温度的器件。本文从实验角度研究PN结、LM35、NTC 1K温度传感器的温度特性。在此基础上对其定标并设计数字温度计，与传统温度计进行测温比较，显示出PN结、LM35、NTC 1K数字温度计在测温方面具有精度高，反应快，读数简单等优越性。最后探讨了数字温度计的应用领域和发展前景。 关键词：温度传感器；PN结；数字温度计 引言 温度是表征物体冷热程度的物理量，是一个与人们生活环境密切相关的物理量, 也是一种在生产、科研、生活中需要测量和控制的重要物理量,是国际单位制七个基本量之一。 传统温度计在测量的过程中，往往有一定的限制性，不容易测量，而且很容易产生误差，测量结果不准确。最早的温度传感器大约是380年前伽利略制成的气体膨胀式温度计，伴随着材料和加工技术的发展,温度传感器逐渐发展成目前应用最广泛的一种传感器。温度传感器的出现，给温度的测量带来一定的便利性和可操作性，尤其是数字温度计的出现，它克服了传统温度计的一系列缺点，因此被广泛应用于工农业生产、科学研究和生活等领域。因为温度传感器还有发展的空间，所以研究本课题具有重要的意义。 1 温度传感器的类型 温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。从17世纪初人们开始利用温度进行测量。在半导体技术的支持下，本世纪相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。与之相应，根据波与物质的相互作用规律，相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。 　 温度传感器有四种主要类型：热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器（RTD）和IC温度传感器。IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。 表1.1 常用的温度传感器类型与应用 类 型 传 感 器 测温范围/℃ 特 点 热 电 阻 铂电阻 -200—650 准确度高 铜电阻 -50—150 测量范围大 半导体热敏电阻 -50—150 电阻率大、温度系数大、线性差、一致性差 热 电 偶 铂铑-铂(s) 0—1300 用于高温测量、低温测量两大类，应用不方便（零点补偿） 铂铑-铂铑 0—1600 镍-镍硅 0—1000 镍铬-康铜 -200—750 铁—康铜 -40—600 其 它 PN结 -50—150 体积小、灵敏度高、线性好、一致性差 IC温度传感器 -50—150 线性度好，一致性好 2 温度传感器的特性测量 2.1 实验仪器简介 FD-BHM-B温度传感器特性及人体温度测量试验仪是用于测量PN结温度传感器、LM35温度传感器、NTC 1K 温度传感器的温度特性。FD-BHM-B温度传感器特性及人体温度测量试验仪通电后除了测量仪表、放大器及实验电源外，实验电路要插上仪器提供的直流稳压电源（+5v)后才能工作。加热前先调好控温仪，按面板电路图指示插好实验电路，将控温传感器（Pt100）插入干井式恒温加热炉的一个井孔，待测传感器插入另一井孔就能进行实验。为节省时间可同时进行多种传感器的实验，只要把数字电压表分别测量待测传感器输出即可。 图2.1 FD-BHM-B实物图 2.2 PN结温度传感器的温度特性测量 2.2.1 PN结温度传感器的测温原理 PN结温度传感器是利用半导体PN结的正向结电压对温度依赖性实现对温度检测的，实验证明在一定电流通过的情况下，PN结的正向电压与温度之间有较好的线性关系。将硅三极管b、cb、e600mV（25℃），且与温度成反比。线性良好，温度系数约为-2.3mV/℃，测量精度高，测温范围可达-50℃—150℃。 通常PN结组成二极管的电流I和电压U满足