14溫度傳感器特性測(cè)量及應(yīng)用

1、實(shí)驗(yàn) 14 溫度傳感器特性測(cè)量及應(yīng)用溫度是科學(xué)研究中一個(gè)重要的基本物理量，在物理學(xué)、化學(xué)、熱力學(xué)、飛行力學(xué)、 流體力學(xué)等科學(xué)的研究中， 都離不開對(duì)溫度的測(cè)量和控制， 許多工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量 都與溫度有直接關(guān)系。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 各種新型的集成電路溫度傳感器器件不斷 涌現(xiàn)， 并大批量生產(chǎn)和擴(kuò)大應(yīng)用。 這類集成電路測(cè)溫器件有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： （1）溫度變 化引起輸出量的變化呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系； （ 2）不像熱電偶那樣需要參考點(diǎn)； （3）抗干 擾能力強(qiáng)；（4）互換性好，使用簡(jiǎn)單方便。因此，這類傳感器已在科學(xué)研究、工業(yè)和家 用電器溫度傳感器等方面被廣泛使用于溫度的精確測(cè)量和控制。 本實(shí)驗(yàn)要求測(cè)量

2、電流型 集成電路溫度傳感器的輸出電流與溫度的關(guān)系， 熟悉該傳感器的基本特性， 并采用非平 衡電橋法，組裝一臺(tái) 050°C數(shù)字式溫度計(jì)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯W(xué)習(xí)要求1 學(xué)習(xí)和掌握 AD590 電流型集成電路溫度傳感器的特性；2 .測(cè)量集成溫度傳感器 AD590在某恒定溫度時(shí)的伏安特性曲線;3 測(cè)量 AD590 輸出電流和溫度的關(guān)系；4.用AD590傳感器設(shè)計(jì)并組裝數(shù)字式攝氏溫度計(jì)。實(shí)驗(yàn)原理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(duì)溫度的理想線性輸出，一般用于50C + 120C之間溫度測(cè)量。集成溫度傳感器有電壓輸出型和電流輸出型二種， 電流輸出型集成溫度傳感

3、器， 在一定溫度下， 它 相當(dāng)于一個(gè)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(shí)驗(yàn)采用的是 AD590電流型集成溫度傳感器，該器件的兩端當(dāng)加有某一直流工作 電壓時(shí)（一般工作電壓可在 4.5V20V范圍內(nèi)），其輸出電流（I）與溫度（T）成正比。I=BT+A式中，I為其輸出電流，單位卩A; T為攝氏溫度；B為傳感器的靈敏度（一般AD590 的B=1卩A/°C,即如果該溫度傳感器的溫度升高或降低1°C,則傳感器的輸出電流增加或減少1卩A）;A為攝氏零度時(shí)的電流值，該值恰好與冰點(diǎn)的熱力學(xué)溫度273K相對(duì)應(yīng)。（對(duì)市售的一般 AD590,其

4、A值從273278卩A略有差異）。所以只要串接一只取樣電阻R （1k?）即可實(shí)現(xiàn)電流1卩A到電壓1mV的轉(zhuǎn)換，組成最基本的溫度（T）測(cè)量電路（1mV/°C。利用AD590集成電路溫度傳感器的上述特性， 可以制成各種用途的溫度計(jì)。 采用非 平衡電橋線路，可以制作一臺(tái)數(shù)字式攝氏溫度計(jì)，即AD590器件在0oC時(shí)，數(shù)字電壓顯示值為"0” mv,而當(dāng)AD590器件處于t °C時(shí)，數(shù)字電壓表顯示值為"t ” mv>實(shí)驗(yàn)儀器智能式數(shù)字恒溫控制儀;量程 019.999V 四位半數(shù)字式電壓表;直流 1.5V12V 穩(wěn)壓輸出電源；可調(diào)式磁性攪拌器以及加熱器、玻璃管、

5、和AD590集成溫度傳感器；ZX21 型電阻箱,保溫杯,水銀溫度計(jì)等。1. AD590電流型集成溫度傳感器AD590為兩端式集成電路溫度傳感器，它的管腳引出有兩個(gè)，紅色引線表示接電源正極，黑色引線接電源負(fù)端。另一根引線連接外殼，它可以接地，有時(shí)也可以不用。AD590 工作電壓430V,但不能小于 4V,小于4V出現(xiàn)非線性，通常工作電壓 1015V。2. 穩(wěn)溫控制器采用水浴恒溫槽，在2000ml大燒杯內(nèi)注入1600ml的凈水，把AD590傳感器測(cè)溫端放入注有少量油的玻璃管內(nèi)，蓋上鋁蓋。2000ml大燒杯放在恒溫控制儀蓋板上指定位置（磁性最強(qiáng)處），攪拌用的磁性轉(zhuǎn)子必須處在大燒杯的中間部位。調(diào)節(jié)馬達(dá)

6、轉(zhuǎn)速電位器，使磁性轉(zhuǎn)子較慢的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。若轉(zhuǎn) 速太快或磁性轉(zhuǎn)子不在中心，均有可能轉(zhuǎn)子離開旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)位置而停止工作，這時(shí)須將調(diào)節(jié)馬達(dá)轉(zhuǎn)速電位器逆時(shí)針調(diào)至最小，讓磁性轉(zhuǎn)子回到磁場(chǎng)中再旋轉(zhuǎn)。3 智能式數(shù)字恒溫控制儀，使用前應(yīng)將各電位器調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)針?lè)较蛐降?。?溫傳感器測(cè)溫端放入注有少量油的玻璃管內(nèi)（與AD590傳感器測(cè)溫端盡量在同一位置）。接通電源后待溫度顯示值出現(xiàn)B=.=時(shí)，可按升溫鍵，設(shè)定用戶所需要的加熱溫度（恒溫水浴槽使用溫度：10C 80C）。再按確定鍵，加熱指示燈發(fā)光，表示加熱開始工作。 同時(shí)顯示A=.=，為當(dāng)時(shí)水槽的初始溫度。重復(fù)確定鍵可輪換顯示A、B值，按恢復(fù)鍵£y 1hJ

7、k圏川7紅刃Q世妥特測(cè)量U與輸出電流I （I=Ur/R ）的對(duì)應(yīng)值,重新開始。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 測(cè)量AD590傳感器處于恒定溫度的伏安 特性。將帶鋁殼密封的 AD590傳感器處于恒定溫 度（室溫），將直流電源、AD590傳感器、電阻 箱（取樣電阻R的阻值為1000Q）、直流電壓表 等按圖14-1連接電路（AD590的正負(fù)極不能接 錯(cuò)，紅線表示接電源正極）。調(diào)節(jié)電源輸出電壓 從1.5V10V,測(cè)量加在 AD590傳感器上的電壓 要求實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)10組以上。2. AD590傳感器溫度特性測(cè)量。將圖14-1的電鍵撥至2,測(cè)量AD590集成電路溫度傳感器的電流 I與溫度t的關(guān) 系。智能式數(shù)字恒溫控制儀加熱溫度

8、設(shè)置為 60°C,從室溫開始測(cè)量，記錄AD590傳感器 所處溫度t與輸出電流I （I=Ur/R）的對(duì)應(yīng)值，取8-10組數(shù)據(jù)，填入表2中。實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意AD590溫度傳感器為二端銅線引出，為防止極間短路，兩銅線不可直 接放在水中，應(yīng)用一端封閉的薄玻璃管套保護(hù)， 其中注入少量變壓器油， 使之有良好熱 傳遞。3. 制作量程為050oC范圍的數(shù)字溫度計(jì)。把帶鋁殼密封的 AD590傳感器、三只電阻箱、直流穩(wěn)壓電源及數(shù)字電壓表按電橋電 路接好，直流穩(wěn)壓電源輸出置于使 AD590傳感器有線性輸出位置。 將AD590傳感器浸入 冰水混合物中。比例臂電阻R1和R2各取1000 Q,調(diào)節(jié)比較臂電阻 R）,

9、用標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)觀察，使AD590處于0°C時(shí)數(shù)字電壓表示值為零。然后把AD590放入其它溫度如掌心或室溫的水中，利用電橋的非平衡輸出測(cè)定掌心溫度或水溫。用標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)進(jìn)行讀數(shù)對(duì)比，求出百分差。圖14-2電阻溫度計(jì)的電橋電路數(shù)據(jù)記錄與數(shù)據(jù)處理1. 測(cè)量AD590傳感器的伏安特性。畫出R=1000Q時(shí)某恒定溫度下（室溫）AD590傳感 器的伏安特性曲線，求出該溫度傳感器溫度與電流線性最小工作電壓U。表1.AD590傳感器伏安特性測(cè)量u（ V）UR/VI/卩A2.測(cè)量AD590專感器輸出電流I和溫度t之間的關(guān)系。畫出AD590專感器的溫度特性曲 線，計(jì)算傳感器靈敏度及 0 C時(shí)傳感器輸出電流值。將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用最小二乘法進(jìn)行擬合，求斜率B截距A和相關(guān)系數(shù)。求It關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式。表2.AD590傳感器溫度特性測(cè)量t/ oCUR/VI/卩A3. 畫出電阻溫度計(jì)的電橋電路圖，記錄AD590處于0°C,電橋平衡時(shí)各電阻箱的示值及所測(cè)掌心溫度。思考題1. 電流型集成電路溫度傳感器有哪些特性？它與半導(dǎo)體熱敏電阻、熱電偶相比有哪些優(yōu)點(diǎn)？2. 如何用AD590集成電路溫度傳感器制作一個(gè)熱力學(xué)溫度計(jì)，請(qǐng)畫出電路圖，說(shuō)明調(diào)節(jié)方法。3. 如果AD590集成電路溫度傳感器的靈敏度不是嚴(yán)格的1.000卩A/°C,而是略有異差，請(qǐng)考慮如何利用改變艮的值