温度传感器的特性及应用设计

集成温度传感器是将作为感温器件的晶体管及其外围电路集成在同一芯片上的集成化温度传感器。这类传感器已在科研，工业和家用电器等方面、广泛用于温度的精确测量和控制。

一、 目的要求

1． 测量温度传感器的伏安特性及温度特性，了解其应用。

2． 利用AD590集成温度传感器，设计制作测量范围20℃～100℃的数字 显示测温装置。

3． 对设计的测温装置进行定标和标定实验，并测定其温度特性。

4． 写出完整的设计实验报告。

二、 仪器装置

AD590集成温度传感器、变阻器、导线、数字电压表、数显温度加热设备等。

三、 实验原理

四、实验内容与步骤

㈠测量伏安特性――确定其工作电压范围

⒈按图摆好仪器，并用回路法连接好线路。

⒉注意，温度传感器内阻比较大，大约为20MΩ左右，电源电压E基本上都加在了温度传感器两端，即U＝E。选择R4＝1KΩ，温度传感器的输出电流I＝V/R4＝V（mV）/1KΩ＝│V│（μA）。

⒊在0～100℃的范围内加温，选择0.0 、10.0、20.0……90.0、100.0℃，分别测量在0.0、1.0、2.0……25.0、30.0V时的输出电流大小。填入数据表格。

⒋根据数据，描绘V～I特性曲线。可以看到从3V到30V，基本是一条水平线，说明在此范围内，温度传感器都能够正常工作。

⒌根据V～I特性曲线，确定工作电压范围。一般确定在5V～25V为额定工作电压范围。

㈡测量温度特性――确定其工作温度范围

⒈按图连接好线路。选择工作电压为10V，输出电流为I＝V/R4＝V（mV）/1KΩ＝│V│（μA）。

⒉升温测量：在0～100℃的范围内加热，选择0.0 、10.0、20.0……90.0、100.0℃时，分别同时测量输出电流大小。将数据填入数据表格。

注意：一定要温度稳定时再读输出电流值大小。由于温度传感器的灵敏度很高，大约为k=1μA／℃，所以，温度的改变量基本等于输出电流的改变量。因此，其温度特性曲线是一条斜率为k=1的直线。

⒊根据数据，描绘I～T温度特性曲线。

⒋根据I～T温度特性曲线，求出曲线斜率及灵敏度。

⒌根据I～T温度特性曲线，在线性区域内确定其工作温度范围。

㈢实验数据:

⒈温度特性

结论：

由IT特性曲线可知：AD590的灵敏度为：K=1 μΑ/ ℃；

工作温度范围大于20 ℃ ～100 ℃ 。

⒉伏安特性

结论：

由V～I特性曲线可知：温度传感器工作电压从3V到30V。（一般确定为：5V～30V）

四、探索与设计

㈠利用温度传感器，设计一个数码显示温度计

用AD590集成温度传感器制作一个热力学温度计，画出电路图，说明调节方法。

原理图

⒈按图摆好仪器，并用回路法连接好线路。

⒉绝对零度定标：将电源负极C端认为是绝对零度T0＝－273.15℃，将电路B端认为是0℃，则从C到B，温度每变化1℃，压变化1mV，所以，UBC＝273.15mV。因此，调整R2、R3电阻大小，使UBC＝273.15mV。这就是绝对零度定标。

⒊室温TS定标：同理，将温度传感器放置于室温为TS的水中，认为电路A端是TS℃。因此，应当有UAB＝│TS│mV。调整R4电阻大小，使UAB＝│TS│mV。这就是室温TS定标。

⒋升温测量：如将表头分度值标定为1℃，就从0℃开始，每升高1℃测量一次输出电压（电流）大小。如将表头分度值标定为5℃，就从0℃开始，每升高5℃测量一次输出电压（电流）大小。

⒌将升降温的数据填入数据表格，准备数据处理。

⒍根据数据，描绘（电压～温度）V～T特性曲线。根据V～T特性曲线，将数字式（或指针式）电压表重新标定为温度表。

⒎温度计的改装

改装:

根据左图V～T特性曲线,将电压表重新标定为温度计,间隔为5 ℃

㈡利用温度传感器设计温差温度计

⒈原理图: 

⒉温差温度计的调节方法:

按A图用回路法接好电路

绝对零度定标:将C端认为是绝对零度-273.15 ℃,将B端认为是0 ℃.调整R2,R3电阻的大小（实验如图标记）,使UBC=273.15mV

室温TS定标:将两个传感器置于室温TS的水中,认为A、D端是TS=20 ℃.调整R4、R5的大小（实验如图标记）,使UAB= UDB =20mV

再按B图接好电路

升温测量:将D端温度保持室温(20 ℃),A端每升高5 ℃测量一次输出电压

根据数据,绘制V～T特性曲线,将电压表重新标定为温差温度计

⒊温差温度计的改装:

改装:

根据左图V～T特性曲线,将电压表重新标定为温差温度计,间隔为5 ℃

㈢创新设计的优缺点:

优点:

AD590互换性好,抗干扰能力强,温度与电压呈良好的线性关系,精度高

加热设备采用水浴加热,可以防止极间短路;试管中加入煤油,保证AD590与杜瓦瓶中水之间有良好的热传递

缺点:

AD590的灵敏度可能不是严格的1 μA/ ℃,使温度计误差增大

升温测量中,温度不好控制

由于条件限制,温度计只能从室温开始测温

温度计表头分度值为5 ℃,灵敏度比较小

温差温度计的升温测量的间隔温度为5 ℃,灵敏度比较小

㈣创新设计的改进:

设计一个利用模数转换接口,将温度传感器输出的信号输入到计算机,进行自动实时测量的装置.这样就可以每0.1 ℃进行一次测量,提高温度计的灵敏度;同时也消除了人为读数的误差