中国民航大学：《大学物理实验》课程教学资源（教案讲义）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木物理量，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 都与温府右直接关系。随若科学技术的发展，各种新型的集成电路温府传感器器件不渐 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。本实哈要求测量电流型 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0~50℃数字式温度计。 实验目的和学习要求 L.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， 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 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1μA/℃，即如果该温度传感器的温度升高或降低1℃，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 (1kQ)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(1V/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0℃时，数字电压显 示值为“0”v,而当AD590器件处于tC时，数字电压表显示值为“t”v 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

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 1 o 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 (1kΩ)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 0 o 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。 2000m1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=三，=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℃一80℃)。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1000Q)、直流电压表 等按图14-1连接电路(AD590的正负极不能接 图14-】40590代安特性测至 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1(I=U/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60℃，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=/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0~50℃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R和R各取1000Q,调节比较臂电阻R,用标准水银温度 计观察，使AD590处于0℃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

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=UR/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=UR/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 0 o 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。 图14-2电阻温度计的电桥电路 数据记录与数据处理 1.测量AD590传感器的伏安特性。画出R=1000Q时某恒定温度下（室温）D590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儿，。 表1.AD590传感器伏安特性测量 U (V) U/V I/μA 2.测量AD590传感器输出电流I和温度t之间的关系。画出AD590传感器的温度特性 线，计算传感器灵敏度及0°C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Γ。求I~t关

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 Ur。 表 1.AD590 传感器伏安特性测量 U（V） UR/V I/μA 2.测量AD590传感器输出电流I和温度t之间的关系。画出AD590传感器的温度特性曲 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 图 14-2 电阻温度计的电桥电路

系的经验公式。 表2.AD590传感器温度特性测量 t/c I/V I/μA 3.画出电阻温度计的电桥电路图，记录AD590处于0C,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/℃，而是略有异 差，请考虑如何利用改变R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。 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

系的经验公式。 表 2.AD590 传感器温度特性测量 t/o C UR/V I/μA 3.画出电阻温度计的电桥电路图，记录 AD590 处于 0 o 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 R2 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。 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