傳感器與自動檢測技術(shù)課程設(shè)計報告(初稿)

1、 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)課程設(shè)計報告項 目 名 稱： 集成溫度傳感器的特性 所 屬 課 程： 傳感器與自動檢測技術(shù) 實 踐 日 期： 2011.11.292011.12.9 班 級： 電信0901班 組 長： 組 員： 指導(dǎo)教師： 2 / 2課題名稱：集成溫度傳感器的特性一主要內(nèi)容：了解常用的集成溫度傳感器AD590的基本原理，然后，設(shè)計電路檢測流過AD590的電流I與溫度的T的線性關(guān)系，畫出其擬合曲線，分析非線性誤差。最后，討論電流輸出型和電壓輸出型集成溫度傳感器的優(yōu)缺點。二基本要求：1簡述測量原理并畫出測量電路圖；2設(shè)計表格，整理測量數(shù)據(jù)，畫出擬合曲線，分析其非線性誤差；3.總結(jié)實驗后的收獲，體會。

2、三試驗進度與應(yīng)完成工作：第一階段：閱讀書籍，查找資料；第二階段：系統(tǒng)設(shè)計，論文初稿；第三階段：系統(tǒng)調(diào)試，論文修改；第四階段：論文定稿，答辯準備；第五階段：論文答辯。四主要參考文獻，資料1于成波,胡新宇.傳感器與自動檢測技術(shù).高等教育出版社,2004.22THQC-1型典型傳感器特性綜合試驗儀實驗指導(dǎo)書.2007年新版3趙知勁,劉順蘭.數(shù)字信號處理實驗.浙江大學(xué)出版社,2007.34楊素行,模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程.高等教育出版社,2006.55丁振良,誤差理論與數(shù)據(jù)處理.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2002.5目錄集成溫度傳感器的特性1摘要：1關(guān)鍵詞：11 引言12 溫度傳感器特性及檢測研究實驗12

3、.1 實驗?zāi)康?2.2 實驗原理12.3 實驗儀器12.4 實驗步驟12.5 實驗數(shù)據(jù)12.6 繪圖分析12.7 數(shù)據(jù)分析及結(jié)論13 集成溫度傳感器的應(yīng)用的探討14 集成溫度傳感器兩種輸出型比較1參考文獻1致謝1集成溫度傳感器的特性摘要：了解常用的集成溫度傳感器AD590的基本原理，然后，設(shè)計電路檢測流過AD590的電流I與溫度的T的線性關(guān)系，畫出其擬合曲線，分析非線性誤差。最后，討論電流輸出型和電壓輸出型集成溫度傳感器的優(yōu)缺點。關(guān)鍵詞：集成溫度傳感器 線性關(guān)系 擬合曲線 非線性誤差1 引言集成溫度傳器將溫敏晶體管與相應(yīng)的輔助電路集成在同一芯片上，它能直接給出正比于絕對溫度的理想線性輸出，一般

4、用于50150之間測量，溫敏晶體管是利用管子的集電極電流恒定時，晶體管的基極發(fā)射極電壓與溫度成線性關(guān)系。為克服溫敏晶體管電壓生產(chǎn)時的離散性、均采用了特殊的差分電路。集成溫度傳感器有電壓型和電流型二種，電流輸出型集成溫度傳感器，在一定溫度下，它相當(dāng)于一個恒流源。因此它具有不易受接觸電阻、引線電阻、電壓噪聲的干擾。具有很好的線性特性。本實驗采用的是國產(chǎn)的AD590。它只需要一種電源（4V30V）。即可實現(xiàn)溫度到電流的線性變換，然后在終端使用一只取樣電阻（本實驗中為R2）即可實現(xiàn)電流到電壓的轉(zhuǎn)換。它使用方便且電流型比電壓型的測量精度更高。2 溫度傳感器特性及檢測研究實驗2.1 實驗?zāi)康?.了解常用的

5、集成溫度傳感器AD590的基本原理。2.設(shè)計電路檢測流過AD590的電流I與溫度的T的線性關(guān)系。3.討論電流輸出型和電壓輸出型集成溫度傳感器的優(yōu)缺點。2.2 實驗原理 AD590簡化原理圖AD590的電路原理：AD590 的內(nèi)部簡化電路如圖所示。該傳感器由多個晶體管和電阻組成,其中晶體管制作在一個半導(dǎo)體單面基片上,因此它們的特性、損耗和發(fā)射極面積能夠相互匹配。整體分析,該電路可看作由兩個鏡象電流源構(gòu)成。其中,晶體管 和 組成上鏡象電流源, 和 組成下鏡象電流源。如果設(shè)上鏡象電路的輸出是 的輸入,則 的輸入是上鏡象電路的輸出。設(shè)各晶體管為理想晶體管(即它們的電流放大系數(shù)趨于無窮大),則知 （1）

6、由于鏡像電流源和的作用，。因此 （2）結(jié)理想伏安特性表達式為 （3）對晶體管而言，上式中的即為發(fā)射極電流；為集電極-發(fā)射極反向飽和電流；為基極與發(fā)射極之間的電壓；為溫度的電壓當(dāng)量(即)，為電子電荷，為波爾茲曼常數(shù), 為熱力學(xué)溫度。當(dāng)溫度在之間時，近似在之間。硅管約為，因此。則（3）可改寫為，即 （4）所以，有圖知 （5）所以 （6）由于正比于各晶體管的發(fā)射極的面積，所以（6）可改寫為 （7）,分別為晶體管,的發(fā)射極面積。若，則，因此 （8） 所以 （9）由上式知，當(dāng)電阻的阻值給定時，為一恒定值。適當(dāng)選取值，可使為（為熱力學(xué)溫度單位）。由上面的分析知，AD590的輸出電流與它所處的熱力學(xué)溫度成線

7、性關(guān)系，因此實現(xiàn)了溫度到電流強度的線性變換。保持電源電壓穩(wěn)定,分別使AD590 處于一系列不同的溫度點 ,通過測量得出相應(yīng)的輸出電流。對所得的數(shù)據(jù)點用最小二乘法進行擬合,可得經(jīng)驗公式 (10)集成溫度傳感器實際測量電路2.3 實驗儀器溫度控制器，加熱源，溫度模塊，數(shù)顯單元，萬用表2.4 實驗步驟1、將主控箱上總電源關(guān)閉，把主控箱中溫度檢測與控制單元中的恒流加熱電源輸出與溫度模塊中的恒流輸入連接起來。2、將溫度模塊中的溫控Pt100與主控箱的Pt100輸入連接起來。3、將溫度模塊中左上角的AD590接到a、b上（正端接a，負端接b），再將b、d連接起來。4、將主控箱的+5V電源接入a和地之間。5

8、、將d和地與主控箱的電壓表輸入端相連（即測量1K電阻兩端的電壓）。6、開啟主電源，將溫度控制器的SV窗口設(shè)定為（設(shè)置方法見附錄2），以后每隔設(shè)定一次，即t=，讀取數(shù)顯表值，將結(jié)果表中。7、根據(jù)表中數(shù)據(jù)計算AD590的非線性誤差。2.5 實驗數(shù)據(jù)50556065707580859095100105325329335340343349354359364370375380325329335340343349354359364370375380其中,2.6 繪圖分析保持電源電壓穩(wěn)定,分別使AD590 處于一系列不同的溫度點,通過測量得出相應(yīng)的輸出電流。對所得的數(shù)據(jù)點用最小二乘法進行擬合,可得經(jīng)驗公式；

9、由MATLAB做出擬合曲線，且得出 p = 1.0049 274.0373即有 2.7 數(shù)據(jù)分析及結(jié)論在工作電壓為（4V30V）的范圍內(nèi)，AD190集成溫度傳感器在40120范圍內(nèi)電流和溫度呈良好的線性關(guān)系。3 集成溫度傳感器的應(yīng)用的探討集成溫度傳感器在生產(chǎn)生活中具有非常廣泛的應(yīng)用前景。各種電子產(chǎn)品如空調(diào)，冰箱等，工業(yè)上的溫控應(yīng)用也很普遍，科研上也有它較廣泛的應(yīng)用。隨著集成溫度傳感器精度的不斷改進，其在精度測量與控制方面有著廣泛的應(yīng)用前景。4 集成溫度傳感器兩種輸出型比較集成溫度傳感器的輸出形式分為電壓輸出和電流輸出兩種。電壓輸出型的靈敏度一般為 10 mVK ，溫度0時輸出為0，溫度25時輸

10、出2.982 V。電流輸出型的靈敏度一般為 1AK 。溫度傳感器AD590是電流輸出型溫度傳感器，以電流輸出量作為溫度指示，其電流溫度靈敏度為1A/K。它的輸出電流精確地正比于絕對溫度，可以作為精確測溫元件。AD590只需要一個電源(+4V+30V)，即可實現(xiàn)溫度到電流源的轉(zhuǎn)換，使用方便。AD590的校準精度可達±0.5，當(dāng)其在常溫區(qū)范圍內(nèi)校正后，測量精度可達±0.1。作為一種正比于溫度的高阻電流源，它克服了電壓輸出型溫度傳感器在長距離溫度遙測和遙控應(yīng)用中電壓信號損失和噪聲干擾問題，不易受接觸電阻、引線電阻、電壓噪聲的干擾，因此，除適用于多點溫度測量外，特別適用于遠距離溫度測量和控制。參考文獻1于成波,胡新宇.傳感器與自動檢測技術(shù).高等教育出版社,2004.22THQC-1型典型傳感器特性