设计温度传感器

　　1．双金属片温度传感器是利用两种金属膨胀系数不同，因而受热时的伸长程度也不一样的原理制成的，双金属片通常用黄铜和镍片叠焊或铆合而成。自制双金属片可以取一条罐头铁皮（宽0．8厘米左右），在它的一面涂上焊锡，按图（二）4．27－1所示的结构，组装在支架上。双金属片导电的触点，可以用铜铆钉固定在定片和动片上。

　　按本节要求利用双金属片传感器控制的电路可如图（二）4．27－1所示。图中L₁（红灯）和L₂（绿灯）为“6．3V　3A”的小电珠，R是电炉丝（5Ω），S是双金属片，受热时 向下弯曲，低温时两端处于导通状态。

　　未加热前S导通，红灯L₁不亮，电源电压全加在R和L₂并联电路的两端。电流通过R做功，放出热量，同时绿灯L₂亮。当温度升到限值时，双金属片S下弯使触点间断开，构成一个R与L₂并联再与L₁串联的电路。由于R的电阻比较小，因此R与L₂并联的电阻比L₁的电阻小得更多，电源电压大部分加在L₁两端，红灯L₁发光，绿灯L₂几乎不亮。B两端电压远小于额定电压，故释放的热量也很少，几乎处于不工作状态。当温度下降至限值以下时，S又接通，L₁熄灭，L₂点亮，R又正常工作。

　　2．半导体热敏电阻是一种新型的测温元件，它的电阻—温度特性曲线如图（二）4．27－2所示，可以看出其阻值随温度升高而很快减小，用它来设计测温计或传感器是很灵敏的。

　　为了用它来制作测温计，首先要测定它的电阻—温度特性。这里介绍一种简单测试方法。

　　（1）取热敏电阻，如型号是RRC6型的小型热敏电阻，按图（二）4．27－3所示的结构，焊上引线，套上一段塑料套管，再把它浸在熔化的石蜡锅里浸蜡封口。

　　（2）把上述热效电阻接在图（二）4．27－4所示的电桥臂中，图中检流计用50微安的微安表，R₃为电阻箱，取R₁＝R₂≈4KΩ，毫安表量程可取5毫安。

　　（3）把热效电阻放在如图（二）4．27－5所示的热水瓶中，瓶中开始放冰水混合物，用0．2℃分度值的水银温度计测量水温。

　　（4）接通电桥电源，调节W，使毫安表读数不大于1毫安，再调节R₃，使电桥平衡，测出对应温度下热敏电阻的阻值。

　　（5）逐步提高水温，测出不同温度下的热敏电阻阻值。

　　顺便说一下，为什么测量时电桥干路中的电流不能超过一定值，这是由于热敏电阻伏安特性决定的。热敏电阻在同一室温下的伏安特性如图（二）4．27－6所示。为什么当电流I上升到一定值后，它两端的电压U反而下降，这是由于通过热敏电阻的电流过大使它本身发热造成的（自热）。设计热效电阻温度计应避免它进入特性的这一阶段（称为负阻段）。

　　设计热敏电阻温度计的电路如图（二）4．27－7所示。取R₂＝R₃，R₁值等于测温范围最低温度（0℃）时热敏电阻的阻值。R₄是校正满刻度电流用的。取R₄值等于测温范围最高温度（100℃）时热敏电阻的阻值。测量时首先把S₂接在R₄端，改变W使微安表指示满刻度，然后再把S₂接在R_T端，如果在0℃时，R_T＝R₁，R₃＝R₂，电桥平衡，微安表指示为零。温度越高，R_T值越小，电桥越不平衡，通过表头的电流也就越大。这样就可以用通过表头的电流来表征被测温度的高低。

选自：《高中物理课外实验》