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本文詳細介紹了研究AD590特性的方法，及AD590溫度傳感器的測溫原理及應用的實驗過程。 1 引言 集成溫度傳感器將溫敏晶體管與相應的輔助電路集成在同一塊芯片上，能直接給出正比于絕對溫度的理想線性輸出，一般用于-55℃"±150℃之間的溫度測量。溫敏晶體管在管子的集電極電流恒定時，其基極發射極電壓與溫度成線性關系，為克服溫敏晶體管vb電壓產生時的離散性，采用了特殊的差分電路。集成溫度傳感器具有電壓型和電流型兩種，電流輸出型集成溫度傳感器在一定的溫度T時相當于一個恒流源。因此，它不易受接觸電阻、引線電阻、電壓噪音的干擾，具有很好的線性特性。 本實驗采用國產的AD590，它只需要一種電源（4.5"24V）即可實現溫度到電流的線性變換，然后在終端使用一只取樣電阻，即可實現電流到電壓的轉換。它使用方便，并且電流型比電壓型的測量精度高。 2 傳感器的特性測量 2.1實驗內容 測量AD590在電源電壓穩定時，輸出電流與溫度的關系及不同溫度下的伏安特性，采用圖1所示電路。 實驗中為了測量不同溫度下的AD590的特性，必須將AD590用鋁外殼保護且引線用絕緣材料封閉，置于恒溫水浴中。伏特表測量電阻兩端的電壓。由于AD590近似于高精度電流源，所以要求伏特表有足夠的測量精度，本實驗采用了三位半數字電壓表測量電壓值。對于電阻R，一方面要有足夠的有效數字，另一方面其壓降又要使伏特表的讀數有足夠的有效數字。本實驗采用了0.1級電阻箱。數值為200.0，由I=V/R，即得AD590上的電流值。以溫度作為自變量，電流I為因變量，方程為： 2.2 數據處理 表1為實驗測得的一組數據，顯示溫度和電流的關系（R=200）。 用最小二乘法進行擬合，通過計算機程序，輸入10組實驗數據計算得出、和相關系數，程序如圖2所示。 3 測溫電路 3.1實驗內容 設計一個用AD590精確測量0"100℃范圍內溫度的電路，為使伏特表的示數正好是攝氏溫度的讀數，取R1上的電壓與R2上的分壓差作為V的輸入。測溫電路如圖3所示。 圖3中電阻值根據伏安特性測量時用最小二乘法擬合結果計算得出。電壓表的讀數△U為： △U=R1×I-U0R2/（R2+R3）(2) 由式（1）、式（2）聯立得： △U=R1+R1-U0R2/（R2+R3） 根據非平衡電橋法測溫度必須有以下關系： R1=1（3） R1-U0R2/（R2+R3）=0（4） 3.2 阻值的選取 選取R1、R2、R3合適的阻值，滿足式（3），式（4），具體操作方法如下： （1）對于R1β=1，由于前面在傳感器特性測量中已算出較為準確的值，R1仍然可由計算機程序按照R1=1計算得出（R1在1k左右）。 （2）對于R1x-U0R2/（R2+R3）=0，注意到該式的物理意義，是AD590在0℃時的輸出電流，R1即是在0℃時R1兩端的電壓，而U0R2/（R2+R3）很明顯是R2分得的電壓，顯然如果將AD590浸于冰水混合物中使其工作在0℃，再調節R2和R3的阻值使電壓表顯示值為0，即可滿足R1x-U0R2/（R2+R3）=0。操作時，選R2與R1相同的阻值再調節R3使電壓表顯示值為0（R3的值大概在50kΩ左右），此時電橋平衡，R1和R2兩端電壓約為273mV，R3阻值為AD590在0℃時該電路的阻值。 （3）開加熱電源,仔細觀察溫度變化情況與數字電壓表數值的變化情況,調節R1和R2,使數字電壓表讀數與溫度表讀數一致,變化情況也一致（溫度升高或降低10℃，電壓表的讀數與溫度表的讀數差值不超過0.1℃為成功）。記下此時的R1和R2的值。校準完畢后，可用該溫度計測量其他待測物體的溫度值。 4結束語 溫度傳感器的應用范圍很廣，它不僅廣泛應用于日常生活中，而且也大量應用于自動化和過程檢測控制系統。溫度傳感器的種類很多，根據現場使用條件，選擇恰當的傳感器類型才能保證測量的準確可靠，并同時達到增加使用壽命和降低成本的目的。AD590溫度傳感器不但實現了溫度轉換為線性化電量測量，而且精確度高、互換性好、應用簡單方便，因此，可把輸出的電信號經AD卡轉換為數字信號，由計算機采集Vi-t的數據，以發揮其實時和準確的特點。把AD590用于改進一部分物理實驗，如空氣比熱容比的測量、金屬比熱容的測量及液氮汽化熱的測量等，都取得了良好的效果。總之，與水銀溫度計、銅-康熱電偶溫度計及半導體熱敏電阻溫度計相比，AD590具有線性好、測溫不需參考點及消除電源波動等優點，因此在常溫范圍內可以取代它們，廣泛的應用于科技和工業領域中。 |
