为什么实验过程中使用1mA直流电流而不用100mA的电流?
2
而且被制成各种标准温度计(涵盖国家和世界基准温度)供计量和校准使用。通常使用的
铂电阻温度传感器零度阻值为
100Ω
,电阻变化率为
0。3851Ω/
℃。
按
IEC751
国际标准,
温度系数
TCR=0。 003851
,
Pt100
(
R
0
=100Ω
)
、
Pt1000
(
R
0
=1000Ω
)
为统一设计型铂电阻。
TCR=(R
100
-R
0
)/(R
0
×
100)
(
1
)
Pt100
在
100
℃时标准电阻值
R
100
=138。 51Ω
,
Pt1000
在
100
℃标准电阻值
R
100
=1385。1Ω
。
Pt100
铂电阻的阻值...全部
2
而且被制成各种标准温度计(涵盖国家和世界基准温度)供计量和校准使用。通常使用的
铂电阻温度传感器零度阻值为
100Ω
,电阻变化率为
0。3851Ω/
℃。
按
IEC751
国际标准,
温度系数
TCR=0。
003851
,
Pt100
(
R
0
=100Ω
)
、
Pt1000
(
R
0
=1000Ω
)
为统一设计型铂电阻。
TCR=(R
100
-R
0
)/(R
0
×
100)
(
1
)
Pt100
在
100
℃时标准电阻值
R
100
=138。
51Ω
,
Pt1000
在
100
℃标准电阻值
R
100
=1385。1Ω
。
Pt100
铂电阻的阻值随温度变化而变化满足下列公式:
R
t
=R
0
[1+At+Bt
2
+C(t-100)t
3
]
-200
公式
(2)
和
(3)
中
A
、
B
、
C
的系数分别为:
A=3。90802×
10
-3
C
-1
;
B=
-
5。802×
10
-7
C
-2
;
C=
-
4。
27350×
10
-12
C
-4
。
铂电阻温度传感器在电路连接上通常采用三线制:
在热电阻的根部的一端连接一根引
线,另一端连接两根引线,这种方式通常与电桥配套使用,可以较好的消除引线电阻的影
响,是工业过程控制中的最常用的引线方式(如图
1
所示)
。
三线制接法要求引出的三根
导线截面积和长度均相同,测量铂电阻的电路一般是不平衡电桥,铂电阻作为电桥的一个
桥臂电阻,将导线一根接到电桥的电源端,其余两根分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相
邻的桥臂上,当桥路平衡时,通过计算可知:
r
R
rR
R
R
R
R
t
2
1
2
3
1
(
4
)
当
R
1
=R
2
时,导线电阻的变化对测量结果没有任何影响,这样就消除了导线电阻带来
的测量误差。
图
1
三线制电路图
2
、
Cu50
铜电阻温度特性原理
铜电阻测温原理与铂电阻一样,利用导体电阻随温度变化的特性。而铜热电阻测温范
围小,在
-50
~150℃范围内,稳定性好,便宜;但体积大,机械强度较低。
铜电阻在测温
范围内电阻值和温度呈线性关系,温度系数大,适用于无腐蚀介质。通常用于测量精度不
高的场合。铜电阻有
R
0
=50
Ω
和
R
0
=100
Ω
两种,它们的分度号为
Cu50
和
Cu100
。
常用的铜电阻
Cu50
在
-50
~
150
℃以内,电阻
R
t
与温度
t
的关系为:
3
Rt=R
0
(1+αt)
(
5
)
式中
R
0
为温度为
0
℃时的电阻值
(Cu50
在
0
℃时的电阻值为
R
0
=
50Ω)
。
α
是电阻温度系数,
α
=
4。25
~
4。28×
10
-3
/℃。铜电阻通常是用直径为
0。1mm
的绝缘铜丝绕在绝缘骨架上,再
用树脂保护,当被测介质中有温度梯度存在时,所测得的温度是感温元件所在范围内介质
层中的平均温度。
铜电阻与铂电阻测温接线方法相同,一般也是三线制。
【实验仪器】
DH
-
SJ
型温度传感器实验装置,
DH
-
VC1
直流恒压恒流源,九孔板,数字万用表。
一.
DH-SJ5
温度传感器实验装置
DH-SJ5
型温度传感器
(图
2
)
实验装置是以分离的温度传感器探头元器件,
单个电子
元件,以九孔板为实验平台来测量温度的设计性实验装置。
该实验装置提供了多种测温方
法,自行设计测温电路来测量温度传感器的温度特性。实验配有铂电阻
Pt100
、热敏电阻
(
NTC
和
PTC
)
、铜电阻
Cu50
、铜
-
康铜热电偶、
PN
结、
AD590
和
LM35
等温度传感器。
图
2 DH-SJ5
型温度传感器
1。
本实验装置采用智能温度控制器控温。具有以下的特点:
1
、控温精度高、范围广、加热所需的温度可自由设定,采用数字显示。
2
、使用低电压恒流加热、安全可靠、无污染。加热电流连续可调。
3
、本仪器提供的是单个分离的温度传感器,形象直观,给实验带来了很大的方便,
可对不同传感器的温度特性进行比较,更易于掌握它们的温度特性。
4
、采用九孔板作为实验平台,提供设计性实验。
5
、加热炉配有风扇,在做降温实验过程中可采用风扇快速降温。
2。
温控仪与恒温炉的连线
连线见上图
2
所示
:
Pt100
带红色端头的做控温用,
控温
Pt100
的插头与温控仪上
的插座颜色对应得相连接。
红→红;黄→黄;蓝→蓝。
警告:在做实验中或做完实验后,禁止打开恒温炉的外罩恒温炉!
4
二、
DH-VC1
直流恒压恒流源
该电源是专门为九孔板物理设计性实验而设计的。
该电源可以提供:
①
0~30V
,
0。5A
的电压源;②
0~240mA
的电流源;③
±
3。3V
,
±
5V
,
±
8V,
±
12V
,
±
15V
的电压源。
并
且其体积小,重量轻,避免了使用多种电源带来的管理和使用上的不便。
主要技术指标:
1
、工作环境条件:温度范围
5
℃
~35
℃,相对湿度
25%~85%
。
2
、额定工作电源电压:
~220V
±
10%
,
50Hz
。
3
、
0~30V
,
0。5A
电压源:
短路电流
0。5A
,
电压范围
0~30
±
1V
,
电压纹波
Vp-p<1mV
。
4
、
0~240mA
,
19V
电流源:电流范围
0~240
±
10mA
,开路电压
19
±
1V
,电流纹波
<1µ
A
。
5
、
±
3。3V
,
±
5V
,
±
8V
,
±
12V
,
±
15V
电压源:
精度
±
0。1V
,
最大输出电流
250mA
,
纹波
Vp-p<1mV
。
三、九孔板
九孔板的面板结构如下图
3
所示。日字型的结构中每个插孔都是相互连通的。但任何
两个日字型结构之间是不导通的。田字型的结构中每个插孔都是相互连通的。但两任何个
田字型结构之间是不导通的。
一字型的结构中每个插孔都是相互连通的。但两个一字型结
构之间是不导通的。我们可以用元器件,导线和连接器等连接成我们需要的电路。
图
3
九孔板结构图
【实验内容与步骤】
5
1。
按照图
4
接线。
带红色端头的控温
Pt100
放入恒温炉中,
三色引线连接到温度传感实验
装置对应位置上。
用
DH
-
VC1
直流恒压恒流源来提供
I
0
=1mA
直流电流,
用万用表测量取
样电阻
R
0
两端电压为
1V
。
(
调节
DH
-
VC1
上恒流源的电流粗调、细调旋钮使其两端的电
压为
1V
,注意:将电压由
0~1V
缓慢调节。
)
2。
将温度传感器(热电阻)直接插在温度传感器实验装置的恒温炉中。
通过数字万用表
测量热电阻两端的电压进而得出不同温度下的电阻(由
U
Rt
/I
0
=R
t
)
。通过温控仪加热,在
不同的温度下,
观察
Pt100
铂电阻和
Cu50
铜电阻的阻值的变化,
从室温到
100
℃,
每隔
5
℃
(
或自定度数
)
测一个数据,将测量数据逐一记录在表格内。
3。
以温度为横轴,以电阻值为纵轴,
按等精度作图的方法,用所测的各对应数据作出
R
t
-t
曲线。
4。
分析比较它们的温度特性。
注:由于降温过程时间较长,所以可以
Pt100
铂电阻升温过程中测量,
Cu50
铜电阻降温
过程中测量,以节省实验时间。
【注意事项】
1
、开机前要将
DH
-
VC1
直流恒压恒流源的电流粗调、电流细调旋钮逆时针旋到底。
2
、
DH
-
SJ
温度传感器实验装置设定温度时,温度上限不能超过
120
℃;加热到预设温度
后,
即刻将加热电流档位打到关,
然后风扇电流档位打到开,
加热电流逆时针调节到最小,
(
0
—
50mA
电
流
输
出
)
直
流
恒
压
恒
流
源
V
ref
V
out
R
t
Pt100
或
Cu50
图
4
恒流法接线图
I
0
=1mA
R
0
1K
/0。
25W
6
再把温度设定到室温或室温以下。
3
、
Pt100
铂电阻和
Cu50
铜电阻两个电阻的导线严禁拉扯,以免断线,影响测量。
【预习思考题】
1。
比较
Pt100
铂电阻和
Cu50
铜电阻作为温度传感器的优缺点?
2。
在实验操作过程中,为什么要用万用表测量取样电阻
R
0
两端电压并使之调整为
1V
?
3。
实验过程中如何消除引线电阻对测量结果的影响?
【数据处理】
1。
列表记录
Pt100
铂电阻和
Cu50
铜电阻的温度和电压值。
2。
计算
Pt100
铂电阻和
Cu50
铜电阻在不同温度下的电阻值。
3。
绘制两种材料电阻随温度变化的曲线。
4。
用逐差法计算
Cu50
铜电阻的电阻随温度变化的线性方程
Rt=R
0
(1+
α
t)
。
Pt100
铂电阻数据记录
室温
℃
序
号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
温度(℃)
U
Rt
(
V
)
R
t
(
Ω
)
序
号
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
温度(℃)
U
Rt
(
V
)
R
t
(
Ω
)
Cu50
铜电阻数据记录
室温
℃
序
号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
温度(℃)
U
Rt
(
V
)
R
t
(
Ω
)
序
号
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
温度(℃)
U
Rt
(
V
)
R
t
(
Ω
)
【分析讨论题】
1。
在采用三线制的电路中,如何用万用表检测温度传感器是否正常工作?
2。
为什么实验过程中使用
1mA
直流电流而不用
100mA
的电流?
。收起