實(shí)驗(yàn)十二-集成電路溫度傳感器特性測(cè)量LT實(shí)驗(yàn)十二集成電路溫度傳感器特性測(cè)量一．概述溫度傳感器的特性測(cè)量和定標(biāo)是大學(xué)普通物理熱學(xué)實(shí)驗(yàn)和電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)基本內(nèi)容，是新的全國(guó)理工科物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱中一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)。為開(kāi)設(shè)好此實(shí)驗(yàn)，由復(fù)旦大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心和上海復(fù)旦天欣科教儀器有限公司協(xié)作，聯(lián)合研制了采用DS18B20單線數(shù)字溫度傳感器為測(cè)量元件的新一代恒溫控制儀。新儀器與同類其它儀器相比，有以下四個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1)傳感器體積小;2)控溫精度高;3)無(wú)污染及噪聲(無(wú)水銀污染且不用繼電器);4)設(shè)定溫度和測(cè)量溫度均用數(shù)字顯示。本實(shí)驗(yàn)儀器可用于各種溫度傳感器的特性測(cè)量和各種材料的電阻與溫度關(guān)系特性測(cè)量實(shí)驗(yàn)，本儀器也可用于物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)做恒溫儀用，它是理工科大學(xué)普通物理實(shí)驗(yàn)必備重要實(shí)驗(yàn)裝置之一。二．用途1.電流型集成溫度傳感器AD590的特性測(cè)量和應(yīng)用:(1)測(cè)量AD590輸出電流和溫度的關(guān)系，計(jì)算傳感器靈敏度及0C時(shí)傳感器輸出電流值。(2)用AD590傳感器,電阻箱,數(shù)字電壓表和直流電源等設(shè)計(jì)并安裝數(shù)字式攝氏溫度計(jì)。(3)測(cè)量集成溫度傳感器AD590在某恒定溫度時(shí)的伏安特性曲線，求出AD590線性使用范圍的最小電壓U。r三．儀器組成與技術(shù)指標(biāo)1.儀器組成如圖1所示，本機(jī)為有單片控制的智能式數(shù)字恒溫控制儀、量程為0－19.999V四位半數(shù)字電壓表、直流1.5V-12V穩(wěn)壓輸出電源、可調(diào)式磁性攪拌器以及2000ml燒杯、加熱器、玻璃管（內(nèi)放變壓器油和被測(cè)集成溫度傳感器）等組成。

89C20514位數(shù)字顯示單片電腦數(shù)據(jù)譯碼器控被加溫測(cè)攪熱傳傳拌DC5VDC12VDC1.5—12V5位數(shù)字電壓表器感感器器器恒溫水槽直流電機(jī)調(diào)速測(cè)量輸入DC12輸出圖12.技術(shù)指標(biāo)：A.溫控儀(1)溫度計(jì)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(shù)字電壓表(1)量程：0－19.999V(2)讀數(shù)準(zhǔn)確度：量程0.03%±5個(gè)字(3)輸出電阻：20Ω(為了防止長(zhǎng)時(shí)間短路內(nèi)接電阻)C.溫度傳感器DS18B20的結(jié)構(gòu)與技術(shù)特性（控溫及測(cè)溫用）：(1)溫度測(cè)量范圍：-55℃－125℃(2)測(cè)溫分辨率：0.0625℃(3)引腳排列(如圖2所示)：1（GND）：地2（DQ）：?jiǎn)尉€運(yùn)用的數(shù)據(jù)輸入輸出引腳3（VDD）：可選的電源引腳圖21.AD590傳感器的輸出電流和工作電壓關(guān)系測(cè)量。將AD590傳感器處于恒定溫度，將直流電源、AD590傳感器、電阻箱、直流電壓表,取樣電阻R的阻值為10000Ω。調(diào)節(jié)電源輸出電壓從1.5V等按圖7接電路線II，測(cè)量加在AD590傳感器上的電壓U與輸出電流（=U/R）的對(duì)應(yīng)值，要求實(shí)I驗(yàn)數(shù)據(jù)10點(diǎn)以上。用坐標(biāo)紙做AD590傳感器輸出電流與工作電壓U的關(guān)系圖，求出該溫度傳感器輸出電流與溫度呈線性關(guān)系的最小工作電壓U。r2.AD590傳感器溫度特性測(cè)量。按圖5接線（AD590的正負(fù)極不能接錯(cuò)）。測(cè)量AD590集成電路溫度傳感器的電流與溫I度T的關(guān)系，取樣電阻R的阻值為10000Ω。把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用最小二乘法進(jìn)行擬合，求斜率B截距A和相關(guān)系數(shù)г。實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)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(yīng)用一端封閉的薄玻璃管套保護(hù)，其中注入少量變壓油，使之有良好熱傳遞。（實(shí)驗(yàn)中如何保證AD590集成溫度在同一溫度位置）選做內(nèi)容：1.制作量程為0－50oC范圍的電源及數(shù)字電壓表按圖6接好。將AD590放入冰點(diǎn)槽中，R和R各取1000Ω，4傳感器與水銀溫度計(jì)處數(shù)字溫度計(jì)。把AD590、三只電阻箱、直流穩(wěn)壓調(diào)節(jié)R23使數(shù)字電壓表示值為零。然后把AD590放入其他溫度如室溫的水中，用標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)進(jìn)行讀數(shù)對(duì)比，求出百分差。（冰點(diǎn)槽中冰水混合物為濕冰霜狀態(tài)才能真正達(dá)到0oC溫度）2.令圖6中電源電壓發(fā)生變化，如從8V變?yōu)?0V，觀測(cè)一下，AD590傳感器輸出電流有無(wú)變化？分析其原因。D.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)例1.測(cè)量AD590傳感器的伏安特性表1AD590傳感器伏安特性測(cè)量T=3.0oC，R=10000ΩU1.3261.5891.7362.0652.3422.4562.5332.6802.7132.8803.0103.2523.4403.6434.1000.2000.7771.1301.7952.3062.4952.6162.7702.7752.7602.7592.7592.7602.7602.76020.077.7113.0179.5230.6249.5261.6277.0277.5276.0275.9275.9276.0276.0276.0/VUR/VI/μA-2-Ur≈2.68V30025020015010050Aμ/I0012345U/V圖8溫度為T(mén)=3.0oC時(shí)，AD590傳感器伏安特性曲線2.測(cè)量AD590傳感器輸出電流I和溫度T之間的關(guān)系。求I-T關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式。表2AD590傳感器溫度特性測(cè)量T/oC29.034.237.040.042.845.849.2U/V3.0363.0863.1123.1433.1683.1963.239RI/μA303.6308.6311.2314.3316.8319.6323.9表2數(shù)據(jù)用CasIo-3600計(jì)算器最小二乘法擬合得：斜率B=0.987μA/C；o截距A=274.8μA；相關(guān)系數(shù)г=0.999所以，I-T關(guān)系為：I=0.987T+275與靈敏度標(biāo)準(zhǔn)值B=1.000μA/C相比百分誤差為1.3%.o由于采用量程0－100oC（分度值1C）普通水銀溫度計(jì)測(cè)量，所以測(cè)量值B的相對(duì)誤o差大些。3.制作攝氏溫度計(jì)由于靈敏度小于1.000μA/oC,所以R值取略大于1000Ω，2本實(shí)驗(yàn)取R=R=1.000mV/B=1.000/0.987=1012.9Ω.32將冰用刨冰機(jī)制成冰霜放入保溫杯中壓緊，并用玻璃管壓1小洞。將帶玻璃管傳感器浸入冰霜中，把儀器接成圖6電橋電路。調(diào)節(jié)R，使T=0oC時(shí)，數(shù)字電壓表輸出U=0mV。4-3-用自制攝氏溫度計(jì)測(cè)室溫水溫為28.7oC，而水銀溫度計(jì)讀數(shù)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(dǎo)體熱敏電阻、熱電偶有哪些優(yōu)點(diǎn)？2.如果AD590集成電路溫度傳感器的靈敏度不是嚴(yán)格的1.000μA/C，而是略有異差，請(qǐng)o考慮如何利用改變R的值，使數(shù)字式溫度計(jì)測(cè)量誤差減少？2-4-實(shí)驗(yàn)參考數(shù)