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本文詳細(xì)介紹了研究AD590特性的方法，及AD590溫度傳感器的測(cè)溫原理及應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)過程。 1 引言 集成溫度傳感器將溫敏晶體管與相應(yīng)的輔助電路集成在同一塊芯片上，能直接給出正比于絕對(duì)溫度的理想線性輸出，一般用于-55℃"±150℃之間的溫度測(cè)量。溫敏晶體管在管子的集電極電流恒定時(shí)，其基極發(fā)射極電壓與溫度成線性關(guān)系，為克服溫敏晶體管vb電壓產(chǎn)生時(shí)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(shí)相當(dāng)于一個(gè)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(shí)驗(yàn)采用國(guó)產(chǎn)的AD590，它只需要一種電源（4.5"24V）即可實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)電流到電壓的轉(zhuǎn)換。它使用方便，并且電流型比電壓型的測(cè)量精度高。 2 傳感器的特性測(cè)量 2.1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 測(cè)量AD590在電源電壓穩(wěn)定時(shí)，輸出電流與溫度的關(guān)系及不同溫度下的伏安特性，采用圖1所示電路。 實(shí)驗(yàn)中為了測(cè)量不同溫度下的AD590的特性，必須將AD590用鋁外殼保護(hù)且引線用絕緣材料封閉，置于恒溫水浴中。伏特表測(cè)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(cè)量精度，本實(shí)驗(yàn)采用了三位半數(shù)字電壓表測(cè)量電壓值。對(duì)于電阻R，一方面要有足夠的有效數(shù)字，另一方面其壓降又要使伏特表的讀數(shù)有足夠的有效數(shù)字。本實(shí)驗(yàn)采用了0.1級(jí)電阻箱。數(shù)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(shù)據(jù)處理 表1為實(shí)驗(yàn)測(cè)得的一組數(shù)據(jù)，顯示溫度和電流的關(guān)系（R=200）。 用最小二乘法進(jìn)行擬合，通過計(jì)算機(jī)程序，輸入10組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得出、和相關(guān)系數(shù)，程序如圖2所示。 3 測(cè)溫電路 3.1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 設(shè)計(jì)一個(gè)用AD590精確測(cè)量0"100℃范圍內(nèi)溫度的電路，為使伏特表的示數(shù)正好是攝氏溫度的讀數(shù)，取R1上的電壓與R2上的分壓差作為V的輸入。測(cè)溫電路如圖3所示。 圖3中電阻值根據(jù)伏安特性測(cè)量時(shí)用最小二乘法擬合結(jié)果計(jì)算得出。電壓表的讀數(shù)△U為： △U=R1×I-U0R2/（R2+R3）(2) 由式（1）、式（2）聯(lián)立得： △U=R1+R1-U0R2/（R2+R3） 根據(jù)非平衡電橋法測(cè)溫度必須有以下關(guān)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(duì)于R1β=1，由于前面在傳感器特性測(cè)量中已算出較為準(zhǔn)確的值，R1仍然可由計(jì)算機(jī)程序按照R1=1計(jì)算得出（R1在1k左右）。 （2）對(duì)于R1x-U0R2/（R2+R3）=0，注意到該式的物理意義，是AD590在0℃時(shí)的輸出電流，R1即是在0℃時(shí)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(diào)節(jié)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(shí)，選R2與R1相同的阻值再調(diào)節(jié)R3使電壓表顯示值為0（R3的值大概在50kΩ左右），此時(shí)電橋平衡，R1和R2兩端電壓約為273mV，R3阻值為AD590在0℃時(shí)該電路的阻值。 （3）開加熱電源,仔細(xì)觀察溫度變化情況與數(shù)字電壓表數(shù)值的變化情況,調(diào)節(jié)R1和R2,使數(shù)字電壓表讀數(shù)與溫度表讀數(shù)一致,變化情況也一致（溫度升高或降低10℃，電壓表的讀數(shù)與溫度表的讀數(shù)差值不超過0.1℃為成功）。記下此時(shí)的R1和R2的值。校準(zhǔn)完畢后，可用該溫度計(jì)測(cè)量其他待測(cè)物體的溫度值。 4結(jié)束語 溫度傳感器的應(yīng)用范圍很廣，它不僅廣泛應(yīng)用于日常生活中，而且也大量應(yīng)用于自動(dòng)化和過程檢測(cè)控制系統(tǒng)。溫度傳感器的種類很多，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用條件，選擇恰當(dāng)?shù)膫鞲衅黝愋筒拍鼙ＷC測(cè)量的準(zhǔn)確可靠，并同時(shí)達(dá)到增加使用壽命和降低成本的目的。AD590溫度傳感器不但實(shí)現(xiàn)了溫度轉(zhuǎn)換為線性化電量測(cè)量，而且精確度高、互換性好、應(yīng)用簡(jiǎn)單方便，因此，可把輸出的電信號(hào)經(jīng)AD卡轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，由計(jì)算機(jī)采集Vi-t的數(shù)據(jù)，以發(fā)揮其實(shí)時(shí)和準(zhǔn)確的特點(diǎn)。把AD590用于改進(jìn)一部分物理實(shí)驗(yàn)，如空氣比熱容比的測(cè)量、金屬比熱容的測(cè)量及液氮汽化熱的測(cè)量等，都取得了良好的效果。總之，與水銀溫度計(jì)、銅-康熱電偶溫度計(jì)及半導(dǎo)體熱敏電阻溫度計(jì)相比，AD590具有線性好、測(cè)溫不需參考點(diǎn)及消除電源波動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，因此在常溫范圍內(nèi)可以取代它們，廣泛的應(yīng)用于科技和工業(yè)領(lǐng)域中。 |
