大学物理实验,集成电路温度传感器的特性测量及应用实验报告

大学物理实验,集成电路温度传感器的特性测量及应用实验报告 大学物理实验,集成电路温度传感器的特 性测量及应用实验报告 大学物理实验-温度传感器实验报告 关于温度传感器特性的实验研究 摘要:温度传感器在人们的生活中有重要应用，是现代社会必不可少的东西。本文通过控制变量法，具体研究了三种温度传感器关于温度的特性，发现NTC电阻随温度升高而减小;PTC电阻随温度升高而增大;但两者的线性性都不好。热电偶的温差电动势关于温度有很好的线性性质。PN节作为常用的测温元件，线性性质也较好。本实验还利用PN节测出了波尔兹曼常量和禁带宽度，与值符合的较好。 关键词:定标 转化 拟合 数学软件 EXPERIMENTAL RESEARCH ON THE NATURE OF TEMPERATURE SENSOR 1.引言 温度是一个历史很长的物理量，为了测量它，人们发明了许多方法。温度传感器通过测温元件将温度转化为电学量进行测量，具有反应时间快、可连续测量等优点，因此有必要对其进行一定的研究。作者对三类测温元件进行了研究，分别得出了电阻率、电动势、正向压降随温度变化的关系。 2.热电阻的特性 2.1实验原理 2.1.1Pt100铂电阻的测温原理 和其他金属一样，铂(Pt)的电阻值随温度变化而变化,并且具有很好的重现性和稳定性。利用铂的此种物理特性制成的传感器称为铂电阻温度传感器，通常使用的铂电阻温度传感器零度阻值为100Ω(即Pt100)。铂电阻温度传感器精度高，应用温度范围广，是中低温区(-200?,650?)最常用的一种温度器，本实验即采用这种铂电阻作为标准测温器件来定标其他温度传感器的温度特性曲线，为此，首先要对铂电阻本身进行定标。 按IEC751国际标准，铂电阻温度系数TCR定义如下: TCR=(R100-R0)/(R0×100) (1.1) 其中R100和R0分别是100?和0?时标准电阻值(R100=138.51Ω，R0=100.00Ω)，代入上式可得到Pt100的TCR为0.003851。 Pt100铂电阻的阻值随温度变化的计算公式如下: Rt=R0[1+At+Bt2+C(t-100)t3] (-200?t0?) (1.2) 式中Rt示在t?时的电阻值，系数A、B、C为:A=3.908×10?3??1;B=-5.802×10?7??2;C=-4.274×10?12??4。 因为B、C相较于A较小，所以公式可近似为: Rt=R0(1+At) (0?t850?) (1.3) 为了减小导线电阻带来的附加误差，在本实验中，对用作标准测温器件的Pt100采用三线制接法。 2.1.2热敏电阻温度特性原理 热敏电阻是阻值对温度变化非常敏感的一种半导体电阻，它有 负温度系数和正温度系数两种。负温度系数热敏电阻(NTC)的电阻率随着温度的升高而下降;而正温度系数热敏电阻(PTC)的电阻率随着温度的升高而升高。下面以NTC为例分析其温度特性原理。 在一定的温度范围内，半导体的电阻率ρ和温度T之间有如下关系: ρ=??1????/?? (1.4) 式中A1和B是与材料物理性质有关的常数，T为绝对温度。对于截面均匀的热敏电阻，其阻值RT可用下式表示: RT=ρs(1.5) 将(1.4)式代入(1.5)式，令A=A1l/s，于是可得: RT=AeB/T (1.6) 对一固定电阻而言，A和B均为常数。对(1.6)式两边取对数，则有 lnRT=B+lnA (1.7) T1 l 可以发现lnRT与T成线性关系，在实验中测得各个温度T下的RT值后，即可通过作图求出B和A值，代入(1.7)式，即可得到RT的表达式。式中RT为元件在温度T(K)时的电阻值(Ω)，A为在某一较大温度时元件的电阻值(Ω)，B为常数(K)，其值与半导体材料的成分和制造方法有关。 热敏电阻的温度系数αT定义为: 1 αT= 1dRTRTdT (1.8) 2.2实验内容 (1)运用冰水混合物和沸水对Pt100进行标定; (2)以Pt100作为标准测温器件来定标实验室中的NTC温度传感器，温度范围控制在室温到100?之间。基于实验数据给出该器件的电阻温度曲线，并研究温度系数随温度的变化关系; (3)用类似的方法研究PTC的电阻温度关系，结合实验数据寻找实验室提供的PTC器件的电阻温度关系的经验公式，并研究其温度系数。 2.3实验结果与讨论 2.3.1Pt100的定标 观察Pt100的电阻关于温度的函数关系式，发现电阻与温度近似成线性关系。因此，将Pt100分别浸入冰水混合物和沸水中，读出Pt100测得的温度，完成测量温度与实际温度之间的换算。 经测量，有如下结果: 由此得出t实与t测之间的关系: t实=1.05t测?1.37 (SI) 2.3.2NTC温度特性研究 将Pt100作为测温元件，改变温度，测量NTC的电阻变化，得到如下数据: 1 运用数学软件画出lnR关于 T 由此可得: lnR= 则A=e?3.80=0.0224，B=3670K. 3670 ?3.80 3670 RT=0.0224eαT=R 1dRTTdT (SI) (SI) =? 3670T 运用数学软件，可画出温度系数随温度的变化曲线: 由图可得，NTC的温度系数为负，说明NTC的电阻随温度的升高而减小，又温度系数的绝对值不断减小，说明NTC电阻的电阻减小幅度不断减小。 2.3.3PTC温度特性研究 PTC电阻关于温度的测量数据如下: 运用作图软件可将这些点在图上描绘出来: 运用拟合的手段，可得出PTC电阻的大致表达式: 篇二:集成电路温度传感器的特性测量实验 集成电路温度传感器的特性测量实验 随着科技的发展，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。 一、实验目的: (1)熟悉温度传感器的基本特性 (2)掌握测量温度传感器输出电流与温度关系的方法 (3借助MATLAB，Mathematica计算传感器灵敏度及0oС时传感器输出电流值 二(实验原理 AD590集成电路温度传感器是由多个相同的三极管和电阻组成。当该器件的两端加有某一定直流工作电压时(一般工作电压可在4(5V一2 0V范围内)，它的输出电流与温度满足如下关系: I=Bθ+A 式中，I为其输出电流，单位μA，θ为摄氏温度，B为斜率(一般AD590的B=IμA,oC即如果该温度传感器的温度升高或降低1?C，那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，其值恰好与冰点的热力学温度273K相对应。(对市售一 般AD59 0，其A值从273—278μA略有差异。)利用AD5 9 0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0oC时，数字电压显示值为“O”，而当AD590器件处于θoC时，数字电压表显示值为 “θ”。 三(实验仪器:FD—WTC—D形恒温控制温度传感器实验仪 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，它的管脚引出端有两个，如图4所示:序号1接电源正端U。(红色引线)。序号2接电源负端U。(黑色引线)。至于序号3连接外壳，它可以接地，有时也可以不用。AD590工作电压4—30V，通常工作电压6—1 5V，但不能小于4V，小于4V出现非线性。 图4 AD590管脚接图 图5 AD590温度特性测量 四(实验内容 1、按图5接线(AD590的正负极不能接错)。测量AD5 9 0集成电路温度传感器的电流I与温度θ的关系，取样电阻R的阻值为1000Ω。把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r。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，应用一端用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。(实验中如何保证AD59 0集成温度传感器与控温传感器处在同一温度位置)。实验时电源电压取6伏。 2、求I-θ关系的经验公式。 3、计算传感器灵敏度及OoС时传感器的输出电流值。 4、思考题:电流型集成电路温度传感器有哪些特性,它比半导体热敏电阻、热电偶有哪些优点, 5、实验数据记录: /oСR/mv I/μA 五(仪器组成与技术指标 1(仪器组成 如图1所示，本机为有单片控制的智能式数字恒温控制仪、量程为0一19.999V四位半数字电压表、直流1.5V一12V稳压输出电源、可调式磁性搅拌器以及2 000ml烧杯加热器、玻璃管(内放变压器油和被测集成温度传感器)等组成。 2、技术指标 A(温控仪 (1)温度计显示工作温度:0oС--100oС (2)恒温控制温度:室温一80oC (3)控制恒温显示分辨精度:??O.1? B(直流数字电压表 (1)量程:O一19.999V (2)读数准确度:量程O(03,?5个字 (3)输出电阻:2 OΩ(为了防止长时间短路内接电阻) C(温度传感器DSl882O的结构与技术特性(控温及测温用): (1)温度测量范围:一55?,1 2 5? (2)测温分辨率:0.0625? D.待测温度传感器ADS90技术特征 ? 工作温度:-55oС—150oС ? 工作电压:4.5v—24v ? 灵敏度:1μA/oС线性元件 ? 0oС时输出电流约273μA E.加热器 ? 工作电压:交流10v—150v ? 工作电流:交流最大1.5A 六(仪器 1(使用前将电位器调节旋钮逆时针方向旋到底，把接有DSl882O传感器接线端插头插在后面的插座上，DS18820测温端放入注有少量油的玻璃管内 (直径1 6mm) ;在2 000ml大烧杯内注入1600ml的净水，放入搅拌器和加热器后盖上铝盖并固定。 2(接通电源后待温度显示值出现“B= = (=”时可按“升温”键，设定所需的温度，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，再按“确定”键显示“B= =(=” 表示原设定值，重复确定键可轮换显示A、B值;A为水温值，B为设定值，另有“恢复”键可以重新开始。 七(注意事项 1(AD 590集成温度传感器的正负极性不能接错，红线表示接线电源正极。 2(AD 590集成温度传感器不能直接放入水中或冰水混合物中测量温度，若测量水温或冰水混合物温度，须插入到加有少量油的玻璃细管内，再插入待测温物测温。 3(搅拌器转速不宜太快，若转速太快或磁性转子不在中心，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。 4(热敏电阻的工作电流应小于300μA，防止自热引入误差，实验时，直流电源调节旋钮可反时针调到底。用数字电压表测得电源为1.5V方可使用。 5(2 000ml烧杯的底部必须平整，更换大烧杯时请注意。 6(倒去烧杯中水时，注意应先取出磁性浮子保管好，以避免遗失。 (2006年12月15日编印) 篇三:温度传感器实验报告 温度传感器实验报告 一、实验目的: 1、 了解各种电阻的特性与应用 2、 了解温度传感器的基本原理与应用 二、实验器材 传感器特性综合实验仪 温度控制单元 温度模块 万用表 导线等 三、实验步骤 1、 AD590温度特性 (1)、将主控箱上总电源关闭，把主控箱中温度检测与控制单元中的恒流加热电源输出与温度模块中的恒流输入连接起来。 (2)、将温度模块中的温控Pt100与主控箱的Pt100输入连接起来。 (3)、将温度模块中左上角的AD590接到传感器特性综合实验仪电路模块的a、b上(正端接a，负端接b)，再将b、d连接起来，接成分压测量形式。 (4)、将主控箱的+5V电源接入a和地之间。 (5)、将d和地与主控(转载于:www.xiElw.coM 写论文 网:大学物理实验,集成电路温度传感器的特性测量及应用实验报告)箱的电压表输入端相连(即测量1K电阻两端的电压)。 (6)、开启主电源，改变温度控制器的SV窗口的温度设置，以后每隔10C设定一次，即Δt=10C，读取数显表值，将结果填入下表: 由于我们使用的是AD590温度集成模块，里面已经设置有如下关系:273+t=I (t为AD590设定温度)，因此可得测量温度与设定温度对照表如下: 四、实验中应注意的事项 1、加热器温度不能太高，控制在120?以下，否则将可能损坏加热器。 2、采用放大电路测量时注意要调零。 3、在测量AD590时，不要将AD590的+、-端接反，因为反向电压输出数值是错误的，而 且可能击穿AD590。 五、实验总结 从这个实验中使我充分认识了AD590、PTC、NTC和PT100的温度特性和应用原理，学会了如何制作简单的温度计，也意识到了这些电阻由于会随温度而改变可以利用这一点来制作温度开关，通过温度的变化而使开关自动化，或通过改变温度而控制开关的通断。传感器这一门很新奇，我渴望学会更多的知识，看到更多稀奇的东西，学好传感器这一门学科，与其他学科知识相结合，提升自己的能力，希望有一天我能亲自开发出更有用、更先进的传感器。