溫度傳感技術(shù)

1、實(shí)驗(yàn)十三溫度傳感技術(shù)傳感器是一種裝置或器件。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87給傳感器的定義是：“能夠感受規(guī) 定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換 元件組成”。目前，光信息技術(shù)已經(jīng)異軍突起，傳感器的概念也許將隨之發(fā)展成為：能把 外界信息轉(zhuǎn)換成光信號(hào)輸出的器件。在現(xiàn)代化生產(chǎn)及科學(xué)研究工作中，溫度量是需要測(cè)量和控制的重要參數(shù)之一。測(cè)量 溫度可分為接觸式和非接觸式兩種。常見(jiàn)的接觸式傳感器有：熱膨脹、熱電勢(shì)式、熱電 阻式、PN結(jié)型測(cè)溫傳感器、集成溫度傳感器等。非接觸式測(cè)溫傳感器有：光學(xué)高溫傳感 器、熱輻射式溫度傳感器等。迄今為止，測(cè)量溫度通常都是采用間接測(cè)量的方法。即利

2、用一些材料或元件的性能 隨溫度而變化的特征，通過(guò)測(cè)量該性能參數(shù)，而得到被測(cè)溫度的大小。本實(shí)驗(yàn)就是利用金屬電阻銅RCu50、MF11型2.7KQ半導(dǎo)體熱敏電阻、半導(dǎo)體集成溫 度傳感器AD590，來(lái)測(cè)試它們的溫度特性。工作原理一、測(cè)溫原件的工作原理及其溫度特性測(cè)試電路銅電阻R“Cu50銅電阻測(cè)溫原理是基于金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性，其靜態(tài)特性（不考慮時(shí) 間變動(dòng)的因素）溫度與電阻值的關(guān)系，在-50150C范圍內(nèi)是線性的，即：R = R0（1 + at）式中，Rt、R0為銅電阻在溫度tC、0C時(shí)的阻值；a為銅電阻在0C時(shí)的溫度系數(shù)，a = 4.25X10-3/C，本實(shí)驗(yàn)配備的銅電阻RCu50是R=

3、50Q工業(yè)上常用的測(cè)溫元件。在工業(yè)上， 將不同R0的Rtt關(guān)系制成不同分度號(hào)的分度表，銅電阻的分度號(hào)有G、Cu50、Cu100（見(jiàn)附錄I）。只要a保持不變，金屬電阻Rt將隨溫度線性地增加，其靈敏度S為：s =-虬=-L r以=以 R0 dtR0 0由此可見(jiàn)，a越大，S也就越大。2. MF11型2.7KQ半導(dǎo)體熱敏電阻熱敏電阻是由一些過(guò)渡金屬氧化物（主要用M、C、N、F等氧化物）要一定的燒結(jié) 條件下形成的半導(dǎo)體金屬氧化物作為基本材料制做而成，具有P型半導(dǎo)體的特性。有球 狀、片狀或圓柱形的敏感元件。對(duì)于一般半導(dǎo)體材料，電阻率隨溫度變化主要依賴于載 流子濃度，而遷移率隨溫度的變化相對(duì)來(lái)說(shuō)可以忽略。但

4、上述過(guò)渡金屬氧化物則有所不 同，在室溫內(nèi)基本上已全部電離，即載流子濃度基本與溫度無(wú)關(guān)，此時(shí)主要考慮遷移率 與溫度的關(guān)系，隨著溫度升高，遷移率增加，電阻率下降，故這類金屬氧化物半導(dǎo)體是 一種具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻元件。其電阻溫度特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式通?？梢员硎?為R = R25 exp B(1/ T -1/298)式中，R25和Rt分別表示溫度為25C和tC時(shí)熱敏電阻的阻值，T=273+t ； B為材料常數(shù)， 其大小隨制作熱敏電阻時(shí)選用的材料和配方而異，對(duì)于某一確定的熱敏電阻，B可由實(shí) 驗(yàn)上測(cè)得的電阻溫度曲線的數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理方法求得。若定義云=a，則由(2)式可得：R dTa = .虬=.

5、 R expB(1 - ) - B(-土)=-旦 R dT R T TT 2T 2可見(jiàn)，a隨溫度降低而迅速增大。若取B值為4000K，當(dāng)T =293.15K(20C)時(shí)，a =-4.5 X10-2K-1，其絕對(duì)值是銅電阻溫度系數(shù)10倍還多，因此，這種測(cè)溫電阻靈敏度高。R0的 常用范圍一般在幾百歐到一百千歐，引線電阻影響小，熱敏電阻體積也小，因此它適合 于測(cè)量微弱溫度變化、溫差及溫度場(chǎng)的分布。3. PN結(jié)測(cè)溫元件PN結(jié)的正向電流I和其兩端間的電壓V滿足以下指數(shù)關(guān)系：I = I exp( qV / kT) -1其中q為電子電荷，k為玻爾茲曼常數(shù)，T是結(jié)溫(絕對(duì)溫度值)，I0是不隨電壓變化的常 數(shù)。

6、在常溫(300K)下，KT / q = 0.026V，PN結(jié)正向電壓僅為十分之幾伏，則exp(qV/kT) 1，所以(3)式可寫成(3)I = 10exp( qV / kT)晶體管PN結(jié)伏安特性隨溫度變化如圖1所示，當(dāng)其把一個(gè)阻值為Rc的負(fù)載電阻與 PN結(jié)串聯(lián)后接至電壓值為Vc的外加電壓時(shí)，PN結(jié)的電壓隨溫度的變化情況就可以由PN 結(jié)伏安特性和與Vc和R有關(guān)的負(fù)載線的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓值確定。在實(shí)際工作中，一般選用三極管，將集電極與基極短接，使其測(cè)量結(jié)果與公式(3) 更加符合。4. AD590集成溫度傳感器集成溫度傳感器是將溫敏晶體管及其外圍電路集成在同一單片上的集成化傳感器。AD590是一種輸出

7、電流與溫度成正比的集成溫度傳感器，其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。據(jù)推導(dǎo)，在電源電壓的作用下，該電路總的工作電流I0為：,3kln8I 0 q (R6 - R )在制做過(guò)程中，精確控制r5和r6的阻值，可使式變?yōu)?0 K T式中K0為測(cè)溫靈敏度常數(shù)，一般為卬ATC。AD590輸出電流值只與所處環(huán)境的溫度有關(guān)，幾乎與所加的電壓無(wú)關(guān)。圖3是不同 溫度下AD590的伏安特性，從該圖可知在確定溫度下當(dāng)電源電壓大于某一值后，輸出電 流幾乎不變，電源電壓在5-15V之間變化時(shí)，其影響只有0.2“ A/V。圖2 AD590電路結(jié)構(gòu)圖3 AD590輸出電流與電壓關(guān)系圖AD590伏安特性、溫度一一電流特性及由它組成的

8、測(cè)溫電路如圖4和圖5所示。圖2 AD590電路結(jié)構(gòu)圖3 AD590輸出電流與電壓關(guān)系圖在圖4中，把AD590置于恒溫環(huán)境下（比如冰點(diǎn)溫度或室溫）調(diào)節(jié)圖4的“負(fù)壓調(diào) 節(jié)”旋紐，測(cè)出AD590在不同工作電壓下的V。值（AD590的輸出電流I0=V0/R）便可獲 得AD590在這一溫度下的伏安特性的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。同理，在515V的范圍內(nèi)保持AD590 的工作電壓不變，改變AD590所在環(huán)境的溫度值并測(cè)出相應(yīng)的V,就可獲得AD590的 的溫度一一電流特性的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在圖5中，把AD590首先置于0C恒溫環(huán)境下，調(diào)節(jié)W2使V= 0，然后改變AD590 的環(huán)境溫度為100C，調(diào)節(jié)W3使V0=100mV，便可完

9、成測(cè)溫電路的定標(biāo)工作。值得注意的是，如果以上兩種恒溫環(huán)境是靠冰水混合和加熱水到沸騰狀態(tài)的方法獲 得，千萬(wàn)不能把AD590探頭直接浸入水中，因?yàn)樗泻袑?dǎo)電雜質(zhì)，在AD590兩端會(huì) 有電流流過(guò)，既使有很微弱的電流，也會(huì)影響定標(biāo)工作的準(zhǔn)確性。這種情況下，必須把 AD590置于一端密封的金屬導(dǎo)管中以后才能置于水中，并待熱平衡后再進(jìn)行定標(biāo)。圖4 AD590伏安及溫度特性測(cè)試電路圖5由AD690組成的溫度計(jì)的電路原理圖、溫度一電壓變換電路及電路參數(shù)的設(shè)計(jì)原理電路結(jié)構(gòu)為了使溫度傳感器與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行有效聯(lián)接，需要溫度傳感器的輸出電壓的電位較高，在傳感器測(cè)溫范圍的最高溫度點(diǎn)，輸出電位應(yīng)與TTL電位匹

10、配。為此需 要用溫度一一電壓變換電路把溫度傳感元件與計(jì)算機(jī)連接起來(lái)，本實(shí)驗(yàn)儀器配置的溫度 電壓變換電路如圖6(a)所示。它是由含熱敏元件的橋式輸入電路及差分運(yùn)放電路組 成。當(dāng)熱敏元件所在環(huán)境溫度變化時(shí)，差分放大器的輸入信號(hào)及其輸出電壓都要發(fā)生變 化。傳感器輸出電壓v0隨檢測(cè)元件環(huán)境溫度t變化的關(guān)系稱溫度傳感器的電壓溫度 特性。EB6 度電壓變瘋電路原理圈及其效電路半導(dǎo)體熱敏電阻電路參數(shù)的設(shè)計(jì)原理下面以半導(dǎo)體熱敏電阻作為測(cè)溫元件為例分析電壓溫度變換電路參數(shù)的設(shè)計(jì)原 理。為了定量分析這種變換電路的電壓溫度特性可利用電路理論中的戴維南定理把 圖6(a)所示的電路變換成圖6(b)所示的等效電路，在圖6

11、(b)中：RG1RR =1_tR + RE -s1RtVR1 + Rt 0它們均與溫度有關(guān)；而RRRR 23E3VG 2R + RS 2R + R o2323與溫度無(wú)關(guān)。根據(jù)電路理論中的疊加原理，差分運(yùn)算放大器輸電壓V。可表示為：Vo = Vo-+ Vo+V =RE0 -R + Rgi si其中V。和箕0+分別為圖6(b)電路中E用和Es2單獨(dú)作用時(shí)對(duì)輸出電壓的貢獻(xiàn)。由運(yùn)算放大 器的理論知：*V = (R + 1)Vo +Rs + Rgii+此處的匕+為ES2單獨(dú)作用時(shí)運(yùn)放電路同相輸入端的對(duì)地電壓。由于運(yùn)放電路輸入阻抗很 大，故(10)Vri + Rs + Rg 2 + R 把以上結(jié)果代入式，

12、并經(jīng)適當(dāng)整理得：R R + R + R(11)V = t ( sgit E E )0 R + R R + R + R S 2S1SG1 S G 2 t由于上式中rg1和ES1與溫度無(wú)關(guān)，所以該式就是溫度傳感器的電壓溫度特性的數(shù)學(xué) 表達(dá)式，只要電路參數(shù)和熱敏元件R/勺電阻溫度特性已知，(11)式所表達(dá)的輸出電壓 與溫度的函數(shù)關(guān)系就完全確定。一般情況下，(11)式表達(dá)的函數(shù)關(guān)系是非線性的，但通過(guò)適當(dāng)選擇電路參數(shù)可以使得 這一關(guān)系和一直線關(guān)系近似。這一近似引起的誤差與傳感器的測(cè)溫范圍有關(guān)。設(shè)傳感器 的測(cè)溫范圍為t1tc，則t2=(t1+t3)/2就是測(cè)溫范圍的中值溫度。若對(duì)應(yīng)t1、t2和t3 三個(gè)溫

13、度值，傳感器的輸出電壓分別為voi、V02和*。所謂傳感器電壓溫度特性的線 性化就是適當(dāng)選擇電路參數(shù)使得這三個(gè)測(cè)量點(diǎn)在電壓溫度坐標(biāo)系中落在通過(guò)原點(diǎn)的 直線上即要求：V01= 0, V02=V03/2, V03= V3O)在圖6(a)所示的傳感器電路中需要確定的參數(shù)有七個(gè)，即R、R2、R3、Rt和RS的阻 值、電橋的電源電壓Va和傳感器的最大輸出電壓V3,這些參數(shù)的選擇和計(jì)算可按以下原 則進(jìn)行：3當(dāng)溫度為t1c值時(shí)，電路參數(shù)應(yīng)使得v0= v01 = 0,這時(shí)電橋應(yīng)工作于平衡狀態(tài)和差 分運(yùn)放電路參數(shù)應(yīng)處于對(duì)稱狀態(tài)，即要求R=R2=R3=Rt1 (熱敏電阻在溫度時(shí)的阻值)，但 為了充分利用成品電阻元

14、件，通常選取R2=R3=RA，R1= Rt1，此處Ra為阻值最接近Rt1的 電阻元件的系列值。為了盡量減小熱敏電阻中流過(guò)的電流所引起的發(fā)熱對(duì)測(cè)量結(jié)果帶來(lái)的影響，Va的 大小不應(yīng)使Rt中流過(guò)的電流超過(guò)1mA。傳感器勺勺最大輸出電壓V3的值應(yīng)與后面聯(lián)接的顯示儀表相匹配，例如為了使測(cè)量 儀表的指示與被子測(cè)溫度的數(shù)值一致，要求v3在數(shù)字上與測(cè)溫范圍(t3 -t1)的數(shù)字一致。最后兩個(gè)電路參數(shù)Rs和Rt的值可按(12)式所表示的線性化條件的后兩個(gè)關(guān)系式確 定，即 TOC o 1-5 h z = V =R (R + RG13 + Rt E E )(13)033 R + R R + R + R S 2S13

15、S G13 S G 2 t=匕=R( Rs+ RG12+ R E E )(M)022 R + R R + R + R S 2s 12SG12S G2 t其中RG1i、S1i(iT，2, 3)是熱敏電阻Rt所處環(huán)境溫度為t1時(shí)按式計(jì)算得的Rgi和ES1 值，當(dāng)電橋各橋臂阻值、電源電壓匕和熱敏電阻的電阻溫度特性以及傳感器最大輸 出電壓匕已知后，在(13)、(14)兩式中除Rs、R外其余各量均具有確定的數(shù)值，這樣只要聯(lián) 立求解(13)、(14)兩式就可求出R和R的值。然而(13)、(14)兩式是以Rs和R為未知數(shù)的二元 二次方程組，其解很難用解析的勺方法求出，必須采用數(shù)值計(jì)算技術(shù)。因?yàn)?13)和(1

16、4)式每個(gè)方程式在(Rs、Rt)直角坐標(biāo)系中都對(duì)應(yīng)著一條二次曲線，兩條二次 曲線交點(diǎn)的坐標(biāo)值即為這個(gè)聯(lián)立方程組的解。這個(gè)解可以利用疊代法求得。為此，把(13) 和4式化成分別以R和R為未知數(shù)的一元二次方程式的標(biāo)準(zhǔn)形式：(13/)AR + BR + C = 0(14/)A/R 2 + B / R + C / = 0t2和t3C三個(gè)溫度值外，對(duì)于其余各點(diǎn)，其中A、B、C是與Rs有關(guān)的系數(shù)，A/、B/和C/是與Rt有關(guān)的系數(shù)。先令Rs = 0代入(13/)式，由(13/)式求出一個(gè)Rt值，然后把這一Rt值代入(14/)式，并由 (14/)式求出一個(gè)新的Rs值，再代入(13/)式，如此反復(fù)疊代，直到在

17、一定的精度范圍內(nèi) 可認(rèn)為相鄰兩次算出的Rs和Rt值相等為此。熱敏元件電阻血曲線測(cè)定和匕、匕及電路參數(shù)確定后，傳感器由(11)式所表達(dá) 的電壓溫度特性的函數(shù)關(guān)系V0(t)就完全確定，雖然在電路參數(shù)的選擇上保證了與小 t2和t3C對(duì)應(yīng)的三個(gè)測(cè)量點(diǎn)在(V0，t)平面上落在通過(guò)原點(diǎn)的同一直線上，但在整個(gè)測(cè)溫范 圍內(nèi)，(11)式所表達(dá)的電壓溫度特性不是一條直線而是一條如圖7所示的“s”曲線。 在此情形下，若在傳感器的輸出端用刻度均勻的電壓表頭來(lái)顯示溫度值，就相當(dāng)于用上 述直線關(guān)系代替(11)式所表達(dá)的曲線關(guān)系。除小 這一替代均存在著由于傳感器電壓溫度特 性的非線性引起的誤差，根據(jù)圖7所示的關(guān)系， 在理論

18、上計(jì)算這一誤差的公式可以寫成如下形 式：At = t - 3 一1. V (t) +1 (15)V 013上式中t(C)是傳感器探頭所在環(huán)境的實(shí)際溫度 值，右邊第二項(xiàng)(方括弧中的算式)代表具有 均勻刻度特性的電壓表頭顯示的溫度值，其中 V0(t )是由實(shí)際溫度按(11)式算出的傳感的輸出電 壓。圖7電壓一溫度特性及非線性誤差(MF11 2. 7k)RCu50測(cè)溫元件電路參數(shù)的設(shè)計(jì)原理度變換電路，計(jì)算電路參數(shù)的方法基本與前面所述類似，只是因?yàn)镽Cu50的阻值隨溫度變 化的線性度很好，不需像前面那樣進(jìn)行所謂的“線性化”處理，只需根據(jù)測(cè)溫范圍的最 高溫度所應(yīng)具有的最大輸出電壓V3和一個(gè)適當(dāng)Rr、R、

19、R2和R3值便可由(11)式算出相應(yīng)對(duì)于采用RCu50作測(cè)溫元件的電壓溫的Rs值。8此外必須注意，由于RCu50是具有正溫度系數(shù)的測(cè)溫元件，故在橋式輸入電路中，它 應(yīng)接入與運(yùn)放電路“同相”輸入端有關(guān)的支路中。在圖6(a沖，采用PN結(jié)代替熱敏電阻作測(cè)溫元件時(shí)，由于PN結(jié)的電壓匕隨溫度升 高而下降，故它應(yīng)接在與運(yùn)放電路反相輸入端有關(guān)的橋臂中，如圖8(a)所示，這時(shí)差分 運(yùn)放電路的輸出電壓(16)其中V0+仍按、和計(jì)算，匕(t)是PN結(jié)在圖8所示電路所決定的工作狀態(tài)下的電壓 值。為了從實(shí)驗(yàn)上獲得這一電壓隨溫度的變化關(guān)系，可根據(jù)戴維南等效電壓源定理，把 圖8(a)所示的電路等效成圖8(b)所示的電路。

20、在圖8(b沖V =匕V R + V a R1 + R S i+RRa(R + R R + R1 S 1 SRJR + R + R R + RG 2S t 23RR1C1 S % + Rs關(guān)于上式中RS的值，可根據(jù)在所確定的測(cè)溫范圍的起始溫度時(shí)電橋應(yīng)處于平衡態(tài)的條件 確定。圖8(b)所示的等效電路中VI和 R已知后，則在這種工作狀態(tài)下，PN結(jié)的電壓匕 隨溫度的變化情況就可十分方便地用實(shí)驗(yàn)方法求得。根據(jù)以上分析，設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)為圖8(a)所示，以PN結(jié)作測(cè)溫元件的電壓溫度變 換電路的電路參數(shù)時(shí)，建議按以下步驟進(jìn)行：首先選定圖8(b)所示的等效電路中的V/和R/，比如取Va/=3.0V，R/=10kQ

21、。按所選的Va/和 R/組成圖7(b)所示的等效電路，然后用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)出不同溫度下PN 結(jié)電壓匕隨溫度的變化數(shù)據(jù)，供進(jìn)一步計(jì)算電路其他參數(shù)用。選擇R1= R= Rs=2R/ (比如 10 kQ )。根據(jù)測(cè)溫范圍(比如2565C)起始溫度(25C)值應(yīng)使輸入電橋處理平衡狀態(tài)的 要求計(jì)算的R3值。然后根據(jù)電壓溫度變換電路的變換系數(shù)等于1mV/C的條件，按式6計(jì)算Rt。最后根據(jù)式，計(jì)算輸入電橋的電源電壓匕。圖8 ffiPN結(jié)作熱敏元件的TV變換電路及其等效電K三、計(jì)算練習(xí)（也可作設(shè)計(jì)題目用）若采用MF11型2.7kQ熱敏電阻為熱探頭，設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)溫范圍為25C65C，對(duì) 應(yīng)溫度值25C、45C和65

22、C時(shí)電壓溫度變換電路的輸出電壓分別為0V,1.0V和2.0V。 確定橋式輸入電路其它各臂的阻值和用疊代法計(jì)算差放電路電阻元件Rs和Rt的阻值。用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定PN結(jié)在電源電壓為3V,負(fù)載電阻為10 kQ的工作狀態(tài)下結(jié)電壓 隨溫度的變化曲線，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算測(cè)溫范圍為0C100C，變換系數(shù)為1mV/C差放 結(jié)構(gòu)的電壓溫度變換電路的電路參數(shù)。試計(jì)算以RCu50銅電阻作測(cè)溫元件，變換系數(shù)為1mV/C，測(cè)溫范圍為0C100C 的電壓溫度變換1電路元件參數(shù)（橋式輸入電路的電源電壓取3V，R1= R2=2.7kQ ）。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一、TS-BH型溫度傳感器棱柱綜合實(shí)驗(yàn)儀面板部局實(shí)驗(yàn)儀的前面板主要有五部分組成：P

23、N結(jié)溫度特性測(cè)試電路。電壓溫度變換電路。AD590特性測(cè)試電路。實(shí)驗(yàn)用電源電壓調(diào)節(jié)電路。數(shù)字毫伏表（0200mV）還有電路輸入、輸出插孔、電阻元件阻值調(diào)節(jié)旋鈕及其相應(yīng)的測(cè)試孔。后面板上有電阻元件的阻值調(diào)節(jié)旋紐、測(cè)試孔和阻值可調(diào)范圍的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。此外還 有供TS-BII實(shí)驗(yàn)儀電壓溫度變換電路輸出與MCS-2型AD/DA轉(zhuǎn)換接口板聯(lián)接用的 20芯牛角式插座。二、測(cè)試程序PN結(jié)溫度特性測(cè)試部分1） PN結(jié)伏安特性的測(cè)試把“電壓輸出”調(diào)至6伏左右，并用聯(lián)線接至左側(cè)的“Vc”插孔。把短路器插在標(biāo)有“R”的一側(cè)，使1 kQ的反饋電阻接在運(yùn)放電路輸出端“V0” 與反相輸入端“一”之間，與此同時(shí)把雙刀雙擲開(kāi)關(guān)撥

24、向右側(cè)，這樣就使運(yùn)放電路構(gòu)成 一個(gè)電流一一電壓變換電路。用一導(dǎo)線短接畫有“K”標(biāo)記的兩個(gè)黑色接線孔。用一導(dǎo)線把運(yùn)放電路輸出端“V0”與數(shù)字毫伏表（0200mV）的輸入端“V1”相 聯(lián)。把被測(cè)的PN結(jié)插入帶“PN結(jié)”記號(hào)的兩個(gè)孔內(nèi)，插入時(shí)注意紅、黑顏色的對(duì)應(yīng) 關(guān)系，PN結(jié)的另一個(gè)紅色插頭接數(shù)字萬(wàn)用表電壓輸入插孔（2V檔）,數(shù)字萬(wàn)用表的“COM” 端接TS-BII型實(shí)驗(yàn)儀的“GND”端。經(jīng)過(guò)上述操作，“PN結(jié)溫度特性測(cè)試”部分就組成一個(gè)如圖9（a）所示的電流一一電 壓變換電路。圖9 PN結(jié)溫度特性測(cè)試電路該圖中V1讀數(shù)即為作用在PN結(jié)兩端的電壓值，V0讀數(shù)除1 kQ電阻后的數(shù)值即為 流過(guò)PN結(jié)的電

25、流值。2）PN結(jié)溫度特性的測(cè)試在以上聯(lián)接的基礎(chǔ)上，把短路器接至帶“L”標(biāo)記的一側(cè)，去掉短接線和把雙刀雙擲 開(kāi)關(guān)撥至左側(cè)后，這部分電路就構(gòu)成一個(gè)如圖9（b）所示，供測(cè)試特定工作狀態(tài)下PN結(jié)電 壓隨溫度變化用的電壓跟隨器。把確定PN結(jié)工作狀態(tài)的Vc和R的值調(diào)節(jié)至所需數(shù)值即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。溫度電壓變換部分1）斷開(kāi)電源，并把該部分的短路器插在左側(cè)，調(diào)節(jié)R，R2，R3均為2.7KQ，RS = Rs2=1.1 KQ，Rf=Rf2=6.8 KQ，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中注意保持不變。2）把“電壓輸出”調(diào)至3V，并用導(dǎo)線把這一電壓接至“Va”端。3）把短路器插入標(biāo)有“R”的一側(cè)，使橋式輸入電路的測(cè)量對(duì)角線兩端與差分運(yùn)放電 路

26、相聯(lián)。4）把熱敏探頭元件接入帶“熱探頭”標(biāo)記的兩個(gè)插孔內(nèi)，就可進(jìn)行電壓溫度特性 的測(cè)定實(shí)驗(yàn)。如果“熱探頭”屬于正溫度系數(shù)元件（如銅電阻RCu50），雙刀雙擲開(kāi)關(guān)撥 向左側(cè)，屬于負(fù)溫度系數(shù)元件（如MF11型熱敏電阻和PN結(jié)）雙刀雙擲開(kāi)關(guān)撥向右側(cè)。變換電路輸出電壓的測(cè)量，在0200mV的范圍內(nèi)可用本儀器的數(shù)字毫伏表，大于 200mA范圍需用外接數(shù)字萬(wàn)用表。該部分電路中的R3調(diào)節(jié)電位器也可起到“零點(diǎn)調(diào)節(jié)”電位器的作用。3. AD590溫度特性測(cè)試部分1）AD590電流溫度特性的測(cè)試斷開(kāi)電源，用數(shù)字萬(wàn)用表電阻檔測(cè)試該部分運(yùn)放電路輸出“V0”與反相輸入“-” 之間的電阻值，調(diào)節(jié)“量程調(diào)節(jié)”旋紐，使其阻值

27、為1 kQ。開(kāi)啟電源，用數(shù)字萬(wàn)用表20V檔測(cè)量AD590兩端的電壓值是否為本儀器設(shè)計(jì)的正 常值（9V左右）。確認(rèn)AD590兩端具有9V電壓之后，將其接入（注意插頭插孔之間的紅、黑對(duì)應(yīng) 關(guān)系）“AD590”插孔并用數(shù)字萬(wàn)用表2V直流電壓擋接至運(yùn)放輸出“V0”和儀器的“GND” 端。完成以上聯(lián)接后，記下不同溫度時(shí)數(shù)字電壓表的讀數(shù)就可獲得AD590的電流 溫度特性曲線。2）由AD590作熱探頭的數(shù)字溫度計(jì)把“電壓輸出”調(diào)至6伏左右，并用導(dǎo)線接至該部分的“V+”插孔。根據(jù)已測(cè)的AD590的電流溫度特性外推至0C，確定出一個(gè)相應(yīng)的電流值（比 如 273 A）。保持“量程調(diào)節(jié)”電位器阻值為1 kQ不變，在

28、不接入AD590集成溫度傳感器的情 況下，調(diào)節(jié)“零點(diǎn)調(diào)節(jié)”電位器彳取0的讀數(shù)為上述電流值對(duì)應(yīng)的mV數(shù)（比如273mV）。把“V0”端與數(shù)字毫伏表的“V端用導(dǎo)線相聯(lián)。.接入AD590，在其與周圍環(huán)境處于熱平衡情況下，觀察數(shù)字毫伏表讀數(shù)與環(huán)境是 否一致，若有差異，適當(dāng)調(diào)節(jié)“量程調(diào)節(jié)”電位器使兩者讀數(shù)一致。使AD590處在同溫度下，觀察數(shù)字毫伏表讀數(shù)，并與在同一溫度下作對(duì)比的水銀 溫度計(jì)的讀數(shù)比較。本部分的精確標(biāo)定工作應(yīng)是先把AD590置于冰水混合的環(huán)境下，通過(guò)“零點(diǎn)調(diào)節(jié)” 電位器的調(diào)節(jié)校準(zhǔn)零點(diǎn)，然后再將其置于100C溫度的環(huán)境下，通過(guò)調(diào)節(jié)“量程調(diào)節(jié)”電 位器及數(shù)字毫伏表讀數(shù)為100.0校準(zhǔn)量程。為

29、了培養(yǎng)獨(dú)立工作能力，具體實(shí)驗(yàn)步驟由實(shí)驗(yàn)者自行擬定。附錄1：銅熱電阻分度表分度號(hào) Cu50R0 = 50.00Qa = 0.004280測(cè)量端溫度0123456789（C）電阻 值（Q）-5039.24-4041.4041.1840.9740.7540.5440.3240.1039.8939.6739.46-3043.5543.3443.1242.9142.6942.4842.2742.0541.8341.61-2045.7045.4945.2745.0644.8444.6344.4144.2043.9843.77-1047.8547.6447.4247.2146.9946.7846.5646.3546.1345.92-050.0049.7849.5749.3549.1448.9248.7148.5048.2848.07050.0050.2150.43