實(shí)驗(yàn)十二-集成電路溫度傳感器特性測(cè)量

.專業(yè).專注.實(shí)驗(yàn)十二集成電路溫度傳感器特性測(cè)量一．概述溫度傳感器的特性測(cè)量和定標(biāo)是大學(xué)普通物理熱學(xué)實(shí)驗(yàn)和電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)基本內(nèi)容，是新的全國理工科物理實(shí)驗(yàn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心和上海復(fù)旦天欣科教儀器有限公司協(xié)作，聯(lián)合研制了采用元件的新一代恒溫控制儀。新儀器相比，有以下四個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1)傳感器體積小;2)控溫高;3)無污染及噪聲(無水銀污染且不用繼電器);4)設(shè)定溫度均用數(shù)字顯示。本實(shí)驗(yàn)關(guān)系特性測(cè)量實(shí)驗(yàn)，本儀器也可用于物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱中一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)。為開設(shè)好此實(shí)驗(yàn)，由復(fù)旦DS18B20單線數(shù)字溫度傳感器為測(cè)量與同類其它儀器精度和測(cè)量溫度儀器可用于各種溫度傳感器的特性測(cè)量和各種材料的電阻與溫度做恒溫儀用，它是理工科大學(xué)普通物理實(shí)驗(yàn)必備重要實(shí)驗(yàn)裝置之一。二．用途1.電流型集成溫度傳感器AD590和應(yīng)用:的特性測(cè)量(1)測(cè)量AD590輸出電流和溫度的關(guān)系，計(jì)算傳感器靈敏度及0C時(shí)傳感器輸出電流值。(2)用AD590傳感器計(jì)。,電阻箱,數(shù)字電壓表和直流電源等設(shè)計(jì)并安裝數(shù)字式攝氏溫度時(shí)的伏安特性線性使(3)測(cè)量集成溫度傳感器AD590在某恒定溫度曲線，求出AD590用范圍的最小電壓U。r三．儀器組成與技術(shù)指標(biāo)1.儀器組成如圖1所示，本機(jī)為有單片控制的智能式數(shù)字恒溫控制儀、量程為0－19.999V四位半數(shù)字電壓表、直流1.5V-12V穩(wěn)壓輸出電源、可調(diào)式磁性攪拌器以及2000ml燒杯、.word可編輯..專業(yè).專注.加熱器、玻璃管（內(nèi)放變壓器油和被測(cè)集成溫度傳感器）等組成。功放89C20514位數(shù)字顯示單片電腦數(shù)據(jù)譯碼器控被DC5V5位數(shù)字加溫測(cè)攪DC12V電壓表DC1.5—12V熱傳傳拌器感感器器器恒溫水槽直流電機(jī)調(diào)速測(cè)量輸出輸入DC12圖12.技術(shù)指標(biāo)：A.溫控儀(1)溫度計(jì)顯示工作溫度：0℃－100℃(2)恒溫控制溫度：室溫－80Co(3)控制恒溫顯示分辨精度：≤±0.1℃B.直流數(shù)字電壓表(1)量程：0－19.999V(2)讀數(shù)準(zhǔn)確度：量程0.03%±5個(gè)字(3)輸出電阻：20Ω(為了防止長時(shí)間短路內(nèi)接電阻)C.溫度傳感器DS18B20的結(jié)構(gòu)與技術(shù)特性（控溫(1)溫度測(cè)量范圍：-55℃－125℃(2)測(cè)溫分辨率：0.0625℃(3)引腳排列(如圖2所示)：及測(cè)溫用）：.word可編輯..專業(yè).專注.1（GND）：地2（DQ）：?jiǎn)尉€運(yùn)用的數(shù)據(jù)輸入輸出引腳3（VDD）：可選的電源引腳圖2(4)封裝形式：TO-92詳細(xì)應(yīng)用請(qǐng)參閱相關(guān)資料D.待測(cè)溫度傳感器AD590技術(shù)特性：(1)工作溫度：—55℃—150℃(2)工作電壓：4.5V—24V(3)靈敏度：1μA/℃，線性元件(4)0℃時(shí)輸出電流約273μAE.加熱器：(1)工作電壓：交流10V—150V(2)工作電流：交流最大1.5A四.儀器使用方法1.使用前將電位器調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)針方向旋到底，把接有DS18B20傳感器接線端插頭插上，DS18B20少量油的玻璃管內(nèi)(直徑16mm)；在2000ml大燒杯內(nèi)注入1600ml的凈水，放入蓋上鋁蓋并固定。2.接通電源后待溫度現(xiàn)“B==”時(shí).可按=“升溫”鍵，設(shè)定用在后面的插座測(cè)溫端放入注有攪拌器和加熱器后顯示值出戶所需的溫度，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，再按“確定”鍵顯示“B==”表.示原=設(shè)定值，重復(fù)確定鍵可輪換顯示A、B值；A為水溫值，B設(shè)定值，另有“恢復(fù)”鍵可以重新開始。.word可編輯..專業(yè).專注.五.注意事項(xiàng)集成溫度傳感器的正負(fù)極性不能接錯(cuò)，紅線表示接線電源正極。集成溫度傳感器不能直接放入水中或冰水混合物中測(cè)量溫度，若測(cè)量水溫或1.AD5902.AD590冰水混合物溫度，須插入到加有少量油的玻璃的玻璃細(xì)管內(nèi)，再插入待測(cè)物測(cè)溫。3.攪拌器轉(zhuǎn)速不宜太快，若轉(zhuǎn)速太快或磁性轉(zhuǎn)子不在中心，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)。4.熱敏電阻的工作電流應(yīng)小于300μA,防止自熱引入誤差，實(shí)驗(yàn)時(shí)，直流電源調(diào)節(jié)旋鈕可反時(shí)針調(diào)到底。用數(shù)字電壓表測(cè)得電源為1.5V方可使用。5.2000ml燒杯的底部必須平整，更換大燒杯時(shí)注請(qǐng)意。5.倒去燒杯中水時(shí)，注意應(yīng)先取出磁性浮子保管好，以避免遺失。集成電路溫度傳感器的特性測(cè)量及應(yīng)用（復(fù)旦大學(xué)物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心提供）隨著科技的發(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，組裝用電器溫度傳感oC數(shù)字式溫度計(jì)。成為一臺(tái)0－50A.實(shí)驗(yàn)原理.word可編輯..專業(yè).專注.AD590集成電路溫度傳感器是由多個(gè)參數(shù)相同的三極管和電阻組成。該器件的兩端一定直流工作電壓時(shí)（一般工作電在4.5V－20V范圍內(nèi)），它的滿足如下關(guān)系：當(dāng)加有某壓可輸出電流與溫度I=BT+AIC,o式中，為其輸出電流，單位μA，T為攝氏溫度，B為斜率（一般AD590的B=1μA/C，那傳感器的升高或降低1輸出電流增加或減少1μA），即如果該溫度傳感器的溫度oA為攝氏零度AD590，其A值從273－278μA略有差異。）利用AD590集成電路溫度傳感器的上述特性，可以制成計(jì)。采用非平衡電橋線路，可以制作一臺(tái)數(shù)器件處于TC時(shí)，時(shí)的電流值，其值恰好與冰點(diǎn)的熱力學(xué)溫度273K相對(duì)應(yīng)。（對(duì)市售一般各種用途的溫度字式攝氏溫C時(shí)，數(shù)字電壓顯示值為“0”，而當(dāng)AD590度計(jì)，即AD590器件在0oo數(shù)字電壓表顯示值為“T”。B.實(shí)驗(yàn)儀器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，它的管腳引出端有兩個(gè)，如圖4所示：序號(hào)1接電源正端U（紅色引線）。序號(hào)2接電源負(fù)端U(-黑色引線)。至于序號(hào)3連接外+殼，它可以接地，有時(shí)也可以不用。AD590壓4－30V，通常工作電壓6－15V，工作電但不能小于4V，小于4V出現(xiàn)非線性。型恒溫控制溫度傳感器實(shí)驗(yàn)儀，0－50C水銀溫度計(jì)等。2.FD-WTC-Do.word可編輯..專業(yè).專注.C.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容必做內(nèi)容：1.AD590傳感器的輸出電流和工作電壓關(guān)系測(cè)量。將AD590傳感器處于恒定溫度，將直流電源、AD590傳感器、電阻箱、直流電壓取樣電阻R的阻值為10000Ω。調(diào)節(jié)電源輸出電壓從1.5V表等按圖7接電路線,－10V，測(cè)量加在AD590傳感器II上的電壓U與輸出電流（=U/R）的對(duì)應(yīng)值，要求實(shí)RI傳感器輸出電流驗(yàn)數(shù)據(jù)10點(diǎn)以上。用坐標(biāo)紙做AD590與工作電壓U的關(guān)系圖，求出。該溫度傳感器輸出電流與溫度呈線性關(guān)系的最小工作電壓Ur2.AD590傳感器溫度特性測(cè)量。I按圖5接線（AD590的正負(fù)極不能接錯(cuò)）。測(cè)量AD590集成電路溫度傳感器的電流.word可編輯..專業(yè).專注.與溫度T的關(guān)系，取樣電阻R的阻值為10000Ω。把實(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)г。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)用薄玻璃管套保護(hù)，其中注入少量變壓油，使之有良好熱傳遞。（實(shí)驗(yàn)中如何保證AD590集成溫度傳感器與水同一溫度位置）一端封閉的銀溫度計(jì)處在C范圍的數(shù)計(jì)。把AD590、三只電阻箱、直流穩(wěn)字溫度選做內(nèi)容：1.制作量程為0－50o壓電源及數(shù)字電壓表按圖6接好。將AD590零。然后把AD590放入其他溫度讀數(shù)對(duì)比，求出百分差。（冰點(diǎn)槽中混合物為濕冰霜狀態(tài)才能真正達(dá)到0C溫度）放入冰點(diǎn)槽中，R2和R3各取1000Ω，調(diào)節(jié)R使數(shù)字電壓表示值為如室溫的水中，用標(biāo)準(zhǔn)水銀溫4度計(jì)進(jìn)行冰水o2.令圖6中電壓發(fā)生變化，如從8V變?yōu)?0V，觀測(cè)一下，AD590傳感器源電輸出電流有無變化？分析其原因。D.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)例1.測(cè)量AD590傳感器的伏安特性C，R=10000Ω伏安特性測(cè)量T=3.0表1AD590傳感器oU1.3261.5891.7362.0652.3422.4562.5332.6802.7132.8803.0103.2523.4403.6434.1000.2000.7771.1301.7952.3062.4952.6162.7702.7752.7602.7592.7592.7602.7602.76020.077.7113.0179.5230.6249.5261.6277.0277.5276.0275.9275.9276.0276.0276.0/VUR/VI/μA.word可編輯..專業(yè).專注.Ur≈2.68V300250200Aμ150/I100500012345U/VC時(shí)，AD590圖8溫度為T=3.0傳感器伏安特性曲線o2.測(cè)量AD590傳感器輸出電流I和溫度T之間的關(guān)系。求I-T關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式。表2AD590傳感器溫度特性測(cè)量T/C29.034.237.040.042.845.849.2oU/V3.0363.0863.1123.143.1683.1963.239RI/μA303.6308.6311.2314.316.8319.6323.9表2數(shù)據(jù)用CasIo-3600計(jì)算器最小二乘法擬合得：C；斜率B=0.987μA/o截距A=274.8μA；相關(guān)系數(shù)г=0.999所以，I-T關(guān)系為：I=0.987T+275C相比百分誤差為1.3%.與靈敏度標(biāo)準(zhǔn)值B=1.000μA/oC（分度值1C）普通水銀溫度計(jì)測(cè)量，所以測(cè)量值B的相對(duì)由于采用量程0－100oo誤差大些。.word可編輯..專業(yè).專注.3.制作攝氏溫度計(jì)C,所以R由于靈敏度小于1.000μA/值取略大于1000Ω，o2=R=1.000mV/B=1.000/0.987=1012.9Ω.本實(shí)驗(yàn)取R23將冰用刨冰機(jī)制成冰霜放入保溫杯中壓緊，并用玻璃管壓1小洞。將帶玻璃管傳感器，使T=0Co時(shí)，數(shù)字電壓表輸出浸入冰霜中，把儀器接成圖6電橋電路。調(diào)節(jié)R4U=0mV。用自制攝氏溫度計(jì)測(cè)室溫水溫為28.7oC，而水銀溫度計(jì)讀數(shù)為28.7oC.E.思考題1.電流型集成電路溫度傳感器有哪些特性？它比半導(dǎo)體熱敏電阻、熱電偶有哪些優(yōu)點(diǎn)？2.如果AD590集成電路溫度傳感器的靈敏度不是嚴(yán)格的