Was ist ein thermoelektrischer Sensor?
Versuchszweck:
1. Beobachten Sie die Struktur des Thermoelements, machen Sie sich mit den Arbeitseigenschaften des Thermoelements vertraut und lernen Sie, die Indizierungstabelle des Thermoelements zu konsultieren.
2. Verstehen Sie das Prinzip und die Funktionsweise des PN-Sperrschichttemperatursensors.
3. Erfahren Sie mehr über Phänomene und Eigenschaften von NTC-Thermistoren (negativer Temperaturkoeffizient).
Zweitens das experimentelle Prinzip:
Thermoelemente, Thermistoren und PN-Sperrschichttemperatursensoren sind typische pyroelektrische Sensoren.
Das grundlegende Funktionsprinzip eines Thermoelements ist der thermoelektrische Effekt. Wenn die Temperatur des heißen und des kalten Endes unterschiedlich ist, wird eine thermoelektromotorische Kraft erzeugt. Durch Messen dieser elektromotorischen Kraft kann die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Enden bekannt werden. Wenn die Temperatur an einem Ende fest ist (im Allgemeinen ist das feste kalte Ende Raumtemperatur oder 0 ° C), kann bekannt sein, dass die Temperatur am anderen Ende eine Temperaturmessung erreicht. Beim Tester vom Typ CSY.CSY10.CSY10A ist das Thermoelement Kupfer-Konstantan (T-Index) und der Typ CSY10B ist Nickel-Chrom-Nickel-Silizium (K-Index).
Der Halbleiter-PN-Übergang weist eine sehr gute Temperaturlinearität auf. Gemäß der PN-Übergangscharakteristik-Ausdrucksformel (
) hängt der umgekehrte Sättigungsstrom bei der Bildung eines PN-Übergangs grundsätzlich nur mit der Temperatur zusammen. Der nach diesem Prinzip hergestellte integrierte Temperatursensor mit PN-Übergang kann die absolute Temperatur K direkt anzeigen und weist eine gute Linearität und Präzision auf.Thermistoren aus Halbleitermaterialien weisen eine hohe Empfindlichkeit auf und können auf verschiedenen Gebieten eingesetzt werden. Das Thermoelement hat im Allgemeinen eine gute Linearität bei der Messung hoher Temperaturen, und der Thermistor ist für Temperaturen unter 200 ° C geeignet. Der in diesem Experiment verwendete Thermistor ist ein negativer Temperaturkoeffizient. Die Änderung des Widerstandswerts des Thermistors bei Temperaturänderungen bewirkt, dass sich die Ausgangsspannung der aus dem Operationsverstärker bestehenden Spannungs- / Widerstandsumwandlungsschaltung entsprechend ändert.
Drittens die für das Experiment erforderlichen Komponenten:
Thermoelemente, Heizungen, Differenzverstärker, Voltmeter, Thermometer, integrierte Temperatursensoren mit integriertem PN-Übergang, Temperaturwandler, Thermistoren.
Viertens die experimentellen Schritte:
1. Experimentelle Schritte für Thermoelemente:
1) Schalten Sie die Stromversorgung ein und stellen Sie den Differenzverstärker auf Null.
2) Der Doppelend-Eingang des Differenzverstärkers ist mit dem Thermoelement verbunden. Schalten Sie wie in Abbildung 11 gezeigt den Heizschalter ein und stellen Sie den Differenzverstärkerausgang schnell auf Null (stellen Sie den Nullregler des Differenzverstärkers ein).
3) Beobachten Sie bei steigender Heizertemperatur die Änderung der Ausgangsspannung des Differenzverstärkers. Wenn die Heiztemperatur nicht mehr ansteigt (auf den relativen thermischen Stabilitätszustand), notieren Sie den Voltmeterwert.
4) Das Thermoelement dieses Instruments besteht aus zwei in Reihe geschalteten Kupfer-Konstantan-Thermoelementen (das experimentelle Instrument CSY10B ist ein K-Index-Thermoelement). Die Vergleichsstellentemperatur des Thermoelements ist Raumtemperatur und die Verstärkung des Verstärkers beträgt das 100-fache. Beides sollte bei der Berechnung des thermoelektrischen Potentials berücksichtigt werden. Verwenden Sie ein Thermometer, um die Raumtemperatur tn abzulesen, bei der die Thermoelementreferenz platziert ist.
E (t, bis) = E (t, tn) + E (tn bis)
Tatsächliche elektromotorische Kraft = gemessenes Potential + temperaturkorrigierte elektromotorische Kraft
Wobei E die elektromotorische Kraft des Thermoelements ist, t die Temperatur des heißen Endes des Thermoelements ist, die Temperatur des Thermoelementreferenzübergangs 0 ° C beträgt und tn die Temperatur ist, bei der sich das Referenzende des Thermoelements befindet. Überprüfen Sie die Indexierungstabelle für Kupfer-Konstantan-Thermoelemente oder die Indexierungstabelle für Nickel-Chrom-Nickel-Silizium-Thermoelemente, um die Heizendtemperatur t zu ermitteln.
2. Schritte des PN-Sperrschichttemperatursensors:
1) Verdrahten Sie den PN-Sperrschichttemperatursensor wie in Abbildung 12 gezeigt.
2) Schalten Sie die Heizung ein und beobachten Sie die Änderung der Spannungsdarstellung, wenn die Temperatur steigt. Schalten Sie die Heizung aus, um die Heizung zu stoppen, und beobachten Sie die Spannungsänderung, wenn die Temperatur gesenkt wird. Notieren Sie die obigen Beobachtungen und analysieren Sie die Ursache gemäß der Schaltung.
3. Experimentelle Schritte des NTC-Thermistors (negativer Temperaturkoeffizient):
1) Beobachten Sie den Thermistor, der in der Hülle des Auslegers montiert ist, und richten Sie den Thermistor wie in Abbildung 13 gezeigt aus.
2) Schalten Sie die Heizung ein und beobachten Sie den Temperaturanstieg und den Temperaturabfall des Voltmeter-Ausgangs des Temperaturwandlers. Notieren Sie das Obige und analysieren Sie die Ursache entsprechend der Schaltung
Fünf, Anmerkung:
1. Überprüfen Sie vor dem Experiment, ob das experimentelle Patchkabel intakt ist. Verwenden Sie beim Anschließen des Stromkreises ein kürzeres Patchkabel, um Störungen zu vermeiden.
2. Stecken Sie das Patchkabel in die Buchse, um einen guten Kontakt zu gewährleisten. Ziehen Sie nicht mit Gewalt am Ende des Patchkabels, um ein Brechen des Kabels im Kabel zu vermeiden.
3. Schließen Sie die geregelte Stromversorgung nicht gegen Masse kurz. Die Masse aller Gerätekreise muss mit der Strommasse verbunden sein.
4. Da der Verstärkungsfaktor des Differenzverstärkers im Instrument etwa das 100-fache beträgt, ist das vom Differenzverstärker verstärkte thermoelektrische Potential nicht sehr genau, so dass die durch Nachschlagen der Tabelle erhaltene Hot-End-Temperatur ebenfalls eine Annäherung darstellt.
5. Das dreieinhalb digitale Voltmeter muss 2 V betragen.
