.專業.專注.實驗十二集成電路溫度傳感器特性測量一．概述溫度傳感器的特性測量和定標是大學普通物理熱學實驗和電磁學實驗中的一個基本內容，是新的全國理工科物理實驗大學物理實驗教學中心和上海復旦天欣科教儀器有限公司協作，聯合研制了采用元件的新一代恒溫控制儀。新儀器相比，有以下四個優點：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)設定溫度均用數字顯示。本實驗關系特性測量實驗，本儀器也可用于物理化學實驗教學大綱中一個重要實驗。為開設好此實驗，由復旦DS18B20單線數字溫度傳感器為測量與同類其它儀器精度和測量溫度儀器可用于各種溫度傳感器的特性測量和各種材料的電阻與溫度做恒溫儀用，它是理工科大學普通物理實驗必備重要實驗裝置之一。二．用途1.電流型集成溫度傳感器AD590和應用:的特性測量(1)測量AD590輸出電流和溫度的關系，計算傳感器靈敏度及0C時傳感器輸出電流值。(2)用AD590傳感器計。,電阻箱,數字電壓表和直流電源等設計并安裝數字式攝氏溫度時的伏安特性線性使(3)測量集成溫度傳感器AD590在某恒定溫度曲線，求出AD590用范圍的最小電壓U。r三．儀器組成與技術指標1.儀器組成如圖1所示，本機為有單片控制的智能式數字恒溫控制儀、量程為0－19.999V四位半數字電壓表、直流1.5V-12V穩壓輸出電源、可調式磁性攪拌器以及2000ml燒杯、.word可編輯..專業.專注.加熱器、玻璃管（內放變壓器油和被測集成溫度傳感器）等組成。功放89C20514位數字顯示單片電腦數據譯碼器控被DC5V5位數字加溫測攪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調速測量輸出輸入DC12圖12.技術指標：A.溫控儀(1)溫度計顯示工作溫度：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.直流數字電壓表(1)量程：0－19.999V(2)讀數準確度：量程0.03%±5個字(3)輸出電阻：20Ω(為了防止長時間短路內接電阻)C.溫度傳感器DS18B20的結構與技術特性（控溫(1)溫度測量范圍：-55℃－125℃(2)測溫分辨率：0.0625℃(3)引腳排列(如圖2所示)：及測溫用）：.word可編輯..專業.專注.1（GND）：地2（DQ）：單線運用的數據輸入輸出引腳3（VDD）：可選的電源引腳圖2(4)封裝形式：TO-92詳細應用請參閱相關資料D.待測溫度傳感器AD590技術特性：(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.使用前將電位器調節旋鈕逆時針方向旋到底，把接有DS18B20傳感器接線端插頭插上，DS18B20少量油的玻璃管內(直徑16mm)；在2000ml大燒杯內注入1600ml的凈水，放入蓋上鋁蓋并固定。2.接通電源后待溫度現“B==”時.可按=“升溫”鍵，設定用在后面的插座測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，加熱指示燈發光，表示加熱開始工作，同時顯示“A==”為.當時=水槽的初始溫度，再按“確定”鍵顯示“B==”表.示原=設定值，重復確定鍵可輪換顯示A、B值；A為水溫值，B設定值，另有“恢復”鍵可以重新開始。.word可編輯..專業.專注.五.注意事項集成溫度傳感器的正負極性不能接錯，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量溫度，若測量水溫或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管內，再插入待測物測溫。3.攪拌器轉速不宜太快，若轉速太快或磁性轉子不在中心，有可能轉子離開旋轉磁場位置而停止工作，這時須將調節馬達轉速電位器逆時針調至最小，讓磁性轉子回到磁場中，再旋轉。4.熱敏電阻的工作電流應小于300μA,防止自熱引入誤差，實驗時，直流電源調節旋鈕可反時針調到底。用數字電壓表測得電源為1.5V方可使用。5.2000ml燒杯的底部必須平整，更換大燒杯時注請意。5.倒去燒杯中水時，注意應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量及應用（復旦大學物理教學實驗中心提供）隨著科技的發展，各種新型的集成電路溫度傳感器器件不斷涌現，并大批量生產和擴大應用。這類集成電路測溫器件有以下幾個優點：（1）溫度變化引起輸出量的變化呈現良好的線性關系；（2）不像熱電偶那樣需要參考點；（3）抗干擾能力強；（4）互換性好，使用簡單方便。因此，這類傳感器已在科學研究、工業和家器等方面被廣泛使用于溫度的精確測量和控制。本實驗要求測量電流型集成電路溫度傳感器的輸出電流與溫度的關系，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數字式溫度計。成為一臺0－50A.實驗原理.word可編輯..專業.專注.AD590集成電路溫度傳感器是由多個參數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（一般工作電在4.5V－20V范圍內），它的滿足如下關系：當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。采用非平衡電橋線路，可以制作一臺數器件處于TC時，時的電流值，其值恰好與冰點的熱力學溫度273K相對應。（對市售一般各種用途的溫度字式攝氏溫C時，數字電壓顯示值為“0”，而當AD590度計，即AD590器件在0oo數字電壓表顯示值為“T”。B.實驗儀器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，如圖4所示：序號1接電源正端U（紅色引線）。序號2接電源負端U(-黑色引線)。至于序號3連接外+殼，它可以接地，有時也可以不用。AD590壓4－30V，通常工作電壓6－15V，工作電但不能小于4V，小于4V出現非線性。型恒溫控制溫度傳感器實驗儀，0－50C水銀溫度計等。2.FD-WTC-Do.word可編輯..專業.專注.C.實驗內容必做內容：1.AD590傳感器的輸出電流和工作電壓關系測量。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。調節電源輸出電壓從1.5V表等按圖7接電路線,－10V，測量加在AD590傳感器II上的電壓U與輸出電流（=U/R）的對應值，要求實RI傳感器輸出電流驗數據10點以上。用坐標紙做AD590與工作電壓U的關系圖，求出。該溫度傳感器輸出電流與溫度呈線性關系的最小工作電壓Ur2.AD590傳感器溫度特性測量。I按圖5接線（AD590的正負極不能接錯）。測量AD590集成電路溫度傳感器的電流.word可編輯..專業.專注.與溫度T的關系，取樣電阻R的阻值為10000Ω。把實驗數據用最小二乘法進行擬合，求斜率B截距A和相關系數г。實驗時應注意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，應用薄玻璃管套保護，其中注入少量變壓油，使之有良好熱傳遞。（實驗中如何保證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處在C范圍的數計。把AD590、三只電阻箱、直流穩字溫度選做內容：1.制作量程為0－50o壓電源及數字電壓表按圖6接好。將AD590零。然后把AD590放入其他溫度讀數對比，求出百分差。（冰點槽中混合物為濕冰霜狀態才能真正達到0C溫度）放入冰點槽中，R2和R3各取1000Ω，調節R使數字電壓表示值為如室溫的水中，用標準水銀溫4度計進行冰水o2.令圖6中電壓發生變化，如從8V變為10V，觀測一下，AD590傳感器源電輸出電流有無變化？分析其原因。D.實驗數據例1.測量AD590傳感器的伏安特性C，R=10000Ω伏安特性測量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.專注.Ur≈2.68V300250200Aμ150/I100500012345U/VC時，AD590圖8溫度為T=3.0傳感器伏安特性曲線o2.測量AD590傳感器輸出電流I和溫度T之間的關系。求I-T關系的經驗公式。表2AD590傳感器溫度特性測量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數據用CasIo-3600計算器最小二乘法擬合得：C；斜率B=0.987μA/o截距A=274.8μA；相關系數г=0.999所以，I-T關系為：I=0.987T+275C相比百分誤差為1.3%.與靈敏度標準值B=1.000μA/oC（分度值1C）普通水銀溫度計測量，所以測量值B的相對由于采用量程0－100oo誤差大些。.word可編輯..專業.專注.3.制作攝氏溫度計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.本實驗取R23將冰用刨冰機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，數字電壓表輸出浸入冰霜中，把儀器接成圖6電橋電路。調節R4U=0mV。用自制攝氏溫度計測室溫水溫為28.7oC，而水銀溫度計讀數為28.7oC.E.思考題1.電流型集成電路溫度傳感器有哪些特性？它比半導體熱敏電阻、熱電偶有哪些優點？2.如果AD590集成電路溫度傳感器的靈敏度不是嚴格的