试验14温度传感器特性测量及应用

实验14 温度传感器特性测量及应用

温度是科学研究中一个重要的基本物理量，在物理学、化学、热力学、飞行力学、流体力学等科学的研究中，都离不开对温度的测量和控制，许多工业产品的质量和产量都与温度有直接关系。随着科学技术的发展，各种新型的集成电路温度传感器器件不断涌现，并大批量生产和扩大应用。这类集成电路测温器件有以下几个优点：（1）温度变化引起输出量的变化呈现良好的线性关系；（2）不像热电偶那样需要参考点；（3）抗干扰能力强；（4）互换性好，使用简单方便。因此，这类传感器已在科学研究、工业和家用电器温度传感器等方面被广泛使用于温度的精确测量和控制。本实验要求测量电流型集成电路温度传感器的输出电流与温度的关系，熟悉该传感器的基本特性，并采用非平衡电桥法，组装一台0～50o C数字式温度计。

实验目的和学习要求

1．学习和掌握AD590电流型集成电路温度传感器的特性；

2．测量集成温度传感器AD590在某恒定温度时的伏安特性曲线；

3．测量AD590输出电流和温度的关系；

4．用AD590传感器设计并组装数字式摄氏温度计。

实验原理

集成温度传器将温敏晶体管与相应的辅助电路集成在同一芯片上，它能直接给出正比于绝对温度的理想线性输出，一般用于－50℃－＋120℃之间温度测量。集成温度传感器有电压输出型和电流输出型二种，电流输出型集成温度传感器，在一定温度下，它相当于一个恒流源，因此它具有不易受接触电阻、引线电阻、电压噪声的干扰，具有很好的线性特性。

本实验采用的是AD590电流型集成温度传感器，该器件的两端当加有某一直流工作电压时（一般工作电压可在4.5V～20V范围内），其输出电流(I)与温度(T)成正比。

I=BT+A

式中，I为其输出电流，单位μA；T为摄氏温度；B为传感器的灵敏度（一般AD590的B=1μA/o C,即如果该温度传感器的温度升高或降低1o C，则传感器的输出电流增加或减少1μA）；A为摄氏零度时的电流值，该值恰好与冰点的热力学温度273K相对应。（对市售的一般AD590，其A值从273～278μA略有差异）。所以只要串接一只取样电阻Ｒ(1k?)即可实现电流1μA到电压1mV的转换，组成最基本的温度(T)测量电路(1mV/o C)。

利用AD590集成电路温度传感器的上述特性，可以制成各种用途的温度计。采用非平衡电桥线路，可以制作一台数字式摄氏温度计，即AD590器件在0o C时，数字电压显示值为“0”mv，而当AD590器件处于t o C时，数字电压表显示值为“t”mv。

实验仪器

智能式数字恒温控制仪；量程0～19.999V四位半数字式电压表；直流1.5V～12V 稳压输出电源；可调式磁性搅拌器以及加热器、玻璃管、和AD590集成温度传感器；ZX21型电阻箱，保温杯，水银温度计等。

1.AD590电流型集成温度传感器

AD590为两端式集成电路温度传感器，它的管脚引出有两个，红色引线表示接电源正极，黑色引线接电源负端。另一根引线连接外壳，它可以接地，有时也可以不用。AD590工作电压4～30V，但不能小于4V，小于4V出现非线性，通常工作电压10～15V。

2．稳温控制器采用水浴恒温槽，在2000ml大烧杯内注入1600ml的净水，把AD590传感器测温端放入注有少量油的玻璃管内，盖上铝盖。

2000ml大烧杯放在恒温控制仪盖板上指定位置（磁性最强处），搅拌用的磁性转子必须处在大烧杯的中间部位。调节马达转速电位器，使磁性转子较慢的匀速转动。若转速太快或磁性转子不在中心，均有可能转子离开旋转磁场位置而停止工作，这时须将调节马达转速电位器逆时针调至最小，让磁性转子回到磁场中再旋转。

3．智能式数字恒温控制仪，使用前应将各电位器调节旋钮逆时针方向旋到底。感温传感器测温端放入注有少量油的玻璃管内（与AD590传感器测温端尽量在同一位置）。接通电源后待温度显示值出现B= =.= 时，可按升温键，设定用户所需要的加热温度（恒温水浴槽使用温度：10℃—80℃）。再按确定键，加热指示灯发光，表示加热开始工作。同时显示A= =.=，为当时水槽的初始温度。重复确定键可轮换显示A、B值，按恢复键重新开始。

实验内容

1．测量AD590传感器处于恒定温度的伏安

特性。

将带铝壳密封的AD590传感器处于恒定温

度（室温），将直流电源、AD590传感器、电阻

箱（取样电阻R的阻值为1000Ω）、直流电压表

等按图14-1连接电路（AD590的正负极不能接

错，红线表示接电源正极）。调节电源输出电压

从1.5V～10V，测量加在AD590传感器上的电压U与输出电流I（I=U R/R）的对应值，要求实验数据10组以上。

2．AD590传感器温度特性测量。

将图14-1的电键拨至2，测量AD590集成电路温度传感器的电流I与温度t的关系。智能式数字恒温控制仪加热温度设置为60o C，从室温开始测量，记录AD590传感器所处温度t与输出电流I（I=U R/R）的对应值，取8-10组数据，填入表2中。

实验时应注意AD590温度传感器为二端铜线引出，为防止极间短路，两铜线不可直接放在水中，应用一端封闭的薄玻璃管套保护，其中注入少量变压器油，使之有良好热传递。

3．制作量程为0～50o C范围的数字温度计。

把带铝壳密封的AD590传感器、三只电阻箱、直流稳压电源及数字电压表按电桥电路接好，直流稳压电源输出置于使AD590传感器有线性输出位置。将AD590传感器浸入冰水混合物中。比例臂电阻R1和R2各取1000Ω，调节比较臂电阻R0，用标准水银温度计观察，使AD590处于0o C时数字电压表示值为零。然后把AD590放入其它温度如掌心或室温的水中，利用电桥的非平衡输出测定掌心温度或水温。用标准水银温度计进行读

数对比，求出百分差。

数据记录与数据处理

1.测量AD590传感器的伏安特性。画出R=1000Ω时某恒定温度下(室温)AD590传感器的伏安特性曲线，求出该温度传感器温度与电流线性最小工作电压U r 。 表1.AD590传感器伏安特性测量

线，计算传感器灵敏度及C

0时传感器输出电流值。

将实验数据用最小二乘法进行拟合，求斜率B 、截距A 和相关系数г。求I ～t 关系的经验公式。

表2.AD590传感器温度特性测量 3.画出电阻温度计的电桥电路图，记录AD590处于0o C ，电桥平衡时各电阻箱的示

值及所测掌心温度。

思考题

1.电流型集成电路温度传感器有哪些特性？它与半导体热敏电阻、热电偶相比有哪些优点？

2.如何用AD590集成电路温度传感器制作一个热力学温度计，请画出电路图，说明调节方法。

3.如果AD590集成电路温度传感器的灵敏度不是严格的1.000μA/o C ，而是略有异

差，请考虑如何利用改变R 2的值，使数字式温度计测量误差减小？

4．电桥直流电源的输出不稳定，对温度测量有影响吗？请说明理由。

图14-2 电阻温度计的电桥电路

注意事项

1．没有密封的AD590集成温度传感器不能直接放入水中或冰水混合物中测温度。2．搅拌器转速不宜太快，只要均匀慢速搅拌即可。

3．注意油管不要与加热管接触；

4．倒去烧杯中水时，注意磁性浮子不可倒入水池，以避免遗失。