實驗14溫度傳感器特性測量及應(yīng)用

1、實驗14溫度傳感器特性測量及應(yīng)用溫度是科學(xué)研究中一個重要的基本物理量，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，都離不開對溫度的測量和控制，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。這類集成電路測溫器件有以下幾個優(yōu)點：(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)不像熱電偶另瞭需要參考點；(3) 抗干擾能力強(qiáng)；(4)互換性好，使用簡單方便。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量和控制。本實驗要求測量 電流型集成電路溫度傳感器

2、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05SC數(shù)字式溫度計。實驗?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 .測量集成溫度傳感器AD590在某恒定溫度時的伏安特性曲線；3 .測量AD590輸出電流和溫度的關(guān)系；4 .用AD590傳感器設(shè)計并組裝數(shù)字式攝氏溫度計。實驗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 比于絕對溫度的理想線性輸出，一般用于-50 - + 120之間溫度測量。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器，在一定溫度下，它 相當(dāng)于一個恒流源，因此

3、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(一般工作電壓可在4.5V20V范圍內(nèi))，其輸出電流與溫度(T)成正比。I=BT+A式中為其輸出電流，單位IJA ;T為攝氏溫度；B為傳感器的靈敏度(一般AD590 的B=lpA/。即如果該溫度傳感器的溫度升高或降低 K,則傳感器的輸出電流增加 或減少lpA );A為攝氏零度時的電流值，該值恰好與冰點的熱力學(xué)溫度273K相對應(yīng)。 (對市售的一般AD590，其A值從273 278pA略有差異所以只要串接一只取樣 電阻R(lkQ)即可實現(xiàn)電流lp

4、A到電壓lmV的轉(zhuǎn)換，組成最基本的溫度(T)測量電路 (lmV/oC)o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。采用 非平衡電橋線路，可以制作一臺數(shù)字式攝氏溫度計，即AD590器件在0時，數(shù)字電 壓顯示值為"0" mv ,而當(dāng)AD590器件處于t時，數(shù)字電壓表顯示值為"t" mvo實驗儀器智能式數(shù)字恒溫控制儀；量程0 19.999V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、和AD590集成溫度傳感器; ZX21型電阻箱，保溫杯，水銀溫度計等。1.AD590電流型集成溫度傳感器A

5、D590為兩端式集成電路溫度傳感器，它的管腳引出有兩個，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10 15V。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)轉(zhuǎn)速電位器，使磁性轉(zhuǎn)子較慢的勻速轉(zhuǎn)動。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)磁場位置而停

6、止工作，這時須將 調(diào)節(jié)馬達(dá)轉(zhuǎn)速電位器逆時至最小，讓磁性轉(zhuǎn)子回到磁場中再旋轉(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)旋鈕逆時針方向旋到底。感 溫傳感器測溫端放入注有少量油的玻璃管內(nèi)（與AD590傳感器測溫端盡量在同一位 置X接通電源后待溫度顯示值出現(xiàn)B=.=時，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：1080 再按確定鍵，加熱指示燈發(fā)光，表示加熱 開始工作。同時顯示人=.=，為當(dāng)時水槽的初始溫度。重復(fù)確定鍵可輪換顯示A、B 值，按恢復(fù)鍵重新開始。實驗內(nèi)容1 .測量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

7、電源、AD590傳感器、電阻 箱(取樣電阻R的阻值為10000 直流電壓表等按圖14-1連接電路(AD590的正負(fù)極不能接錯，紅線表示接電源正極X調(diào)節(jié)電源輸出電壓從L5V10V ,測量加在AD590傳感器上的電壓U與輸出電流I(I=Ur/R )的對應(yīng)值，要求實驗數(shù)據(jù)10組以上。2 . AD590傳感器溫度特性測量。將圖14-1的電鍵撥至2，測量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設(shè)置為60,從室溫開始測量，記錄AD590傳,填入表2中。感器所處溫度t與輸出電流I(I=Ur/R )的對應(yīng)值，取8-10緘實驗時應(yīng)注意AD590溫度傳感器為二端銅線引出，

8、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,使之有良好熱傳造3 .制作量程為0 53c范圍的數(shù)字溫度計。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Ri和R2各取10000 ,調(diào)節(jié)比較臂電阻Ro ,用標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計觀察，使AD590處于0時數(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定掌心溫度或水溫。用標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計進(jìn)行讀數(shù)對比，求出百分差。圖14-2電阻溫度

9、計的電橋電路數(shù)據(jù)記錄與數(shù)據(jù)處理L測量AD590傳感器的伏安特性。畫出R=1000Q時某恒定溫度下（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Uro表1.AD590傳感器伏安特性測量U(V)Ur/VI/pA2 .測量AD590傳感器輸出電流I和溫度t之間的關(guān)系。畫出AD590傳感器的溫度特性 曲線，計算傳感器靈敏度及（FC時傳感器輸出電流值。將實驗: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)驗公式。表2.AD590傳感器溫度特性測量t/°cUr/VI/pA3.畫出電阻溫度計的電橋電路圖，記錄AD590處于0。（2 ,電橋平衡時各電阻箱的 示值及所測掌心溫度。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？2 .如何用AD590集成電路溫度傳感器制作一個熱力學(xué)溫度計，請畫出電路圖，說 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LOOOpA/oC ,而是略有 異差，請考慮如何利用改變R2的值，使數(shù)字式溫度計測量