传感器与检测技术课堂实训-实验一 中职 高三 工信版

实验一：温度传感器动态特性的测试 一、实验目的 1、了解温度传感器时域特性； 2、掌握温度传感器时间常数的测量方法。 三、实验原理、方法和手段 1、热电偶测量温度的基本原理 热电偶测量温度的基本原理是热电效应。将A和B两种不同的导体首尾相连组成闭合回路，如果两连接点温度（T，T0）不同，则在回路中就会产生热电动势，形成热电流，这就是热电效应。热电偶就是将A和B两种不同的金属材料一端焊接而成。A和B称为热电极，焊接的一端是接触热场的T端称为工作端或测量端，也称热端；未焊接的一端（接引线）处在温度T0称为自由端或参考端，也称冷端。T与T0的温差愈大，热电偶的输出电动势愈大；温差为0℃时，热电偶的输出电动势为0V；因此，可以用测热电动势大小衡量温度的大小。国际上，将热电偶的A、B热电极材料不同分成若干分度号，如常用的K（镍铬-镍硅或镍铝）、E（镍铬-康铜）、T（铜-康铜）等等，并且有相应的分度（见附录）表即参考端温度为0℃时的测量端温度与热电动势的对应关系表；可以通过测量热电偶输出的热电动势值再查分度表得到相应的温度。 2、温度传感器动态特性参数的测定 阶跃响应法是以阶跃信号作为温度传感器的输入，通过对温度传感器输出响应的测试，从中计算出其动态特性参数。 对于温度传感器，时间常数τ是唯一表征其动态特性的参数。求取τ有很多方法，常用的是对温度传感器施加一阶跃信号，然后求取系统达到最终稳定值的63.2％所需时间作为系统的时间常数τ。这一方法的缺点是不精确，因为它受到起始时间点不能够确定的影响，而且也不能够确切地确定被测系统一定是一个温度传感器，另外它未涉及响应的全过程。为获得较高精度的测试结果，根据表1-1中所列的公式，温度传感器的阶跃响应函数为 （1-1） 改写后得 （1-2） 定义 （1-3） 式中 （1-4） 式（1-3）表明Z和时间t成线性关系，并且有，如图1-1所示。因此可以根据测得的Z值，做出Z-t曲线，并根据t值获得时间常数τ，这种方法考虑了瞬态响应的全过程。 图 1-1温度传感器时间常数的阶跃响应实验 四、实验器件与设备 温度调节仪、温度源、Pt100热电阻（温度源温度控制传感器）、K热电偶（温度特性实验传感器）、传感器实验平台、计算机、数据采集模块、虚拟仪器软件。 五、实验任务及要求 1.、构建一个温度传感器时间常数τ测量系统，测温度传感器响应曲线，根据响应曲线求出τ。 2、具体要求如下： 1）说明放大倍数K的确定； 2）说明信号处理电路的设计； 3）说明实验数据处理的方法。 六、实验报告要求 1、画出测量系统框图，说明测量原理； 2、说明测试系统的设计； 3、根据温度传感器阶跃响应特性曲线，求出系统的时间常数τ。 学科网（北京）股份有限公司 $