实验十二集成电路温度传感器特性测量剖析
实验十二集成电路温度传感器特性测量
一. 概述
温度传感器的特性测量和定标是大学普通物理热学实验和电磁学实验中的一个基本
内容，是新的全国理工科物理实验教学大纲中一个重要实验。为开设好此实验，由复旦大学物理实验教学中心和上海复旦天欣科教仪器有限公司协作，联合研制了采用
DS18B20单线数字温度传感器为测量元件的新一代恒温控制仪。新仪器与同类其它仪器相比，有以下四个优点：1）传感器体积小；2）控温精度高；3）无污染及噪声（无水银污染且不用继电器）；4）设定温度和测量温度均用数字显示。本实验仪器可用于各种温度传感器的特性测量和各种材料的电阻与温度关系特性测量实验，本仪器也可用于物理化学实验做恒温仪用，它是理工科大学普通物理实验必备重要实验装置之一。
二. 用途
1.电流型集成温度传感器AD590的特性测量和应用：
（1）测量AD590输出电流和温度的关系，计算传感器灵敏度及 0 C时传感器输出电流值。
（2）用AD590传感器，电阻箱，数字电压表和直流电源等设计并安装数字式摄氏温度计。
（3）测量集成温度传感器AD590在某恒定温度时的伏安特性曲线，求出AD590线性使用范围的最小电压U r。
三. 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 —19.999V四位半数字电压表、直流1.5V-12V稳压输出电源、可调式磁性搅拌器以及2000ml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。
图1
2.技术指标:
A.温控仪
(1)温度计显示工作温度：0 C —100 C
(2)恒温控制温度：室温—80o C
⑶控制恒温显示分辨精度：w± o.i r
B.直流数字电压表
(1)量程：0 —19.999V
⑵读数准确度：量程0.03% ±5个字
⑶输出电阻：20 Q(为了防止长时间短路内接电阻)
C.温度传感器DS18B20的结构与技术特性(控温及测温用)：
(1)温度测量范围：-55 r —125 r
⑵测温分辨率：0.0625 r
⑶引脚排列(如图2所示)：
图2
(4)封装形式：TO-92
详细应用请参阅相关资料
D. 待测温度传感器AD590技术特性：
(1)工作温度：一55 C — 150 C
⑵工作电压：4.5V — 24V
(3) 灵敏度：1叭/C,线性元件
(4) 0 C 时输出电流约273叭
E. 加热器：
(1)工作电压：交流10V — 150V
⑵工作电流：交流最大1.5A
四.仪器使用方法
1. 使用前将电位器调节旋钮逆时针方向旋到底， 把接有DS18B20传感器接线端插头插 在后面的插座上，DS18B20测温端放入注有少量油的玻璃管内(直径16mm);在2000ml 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，设定用户所需的温
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 设定值，另有“恢复”键可以重新开始。
1 (GND ):地
2 (DQ ):单线运用的数据输入输出引脚
3 (VDD ):可选的电源引脚
五.注意事项
1.AD590 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.AD590 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的玻璃细管内，再插入待测物测温。
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300识,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。
5.2000ml 烧杯的底部必须平整，更换大烧杯时请注意。
5.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。
集成电路温度传感器的特性测量及应用（复旦大学物理教学实验中心提供）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，并采用非平衡电桥法，组装成为一台0－50o C 数字式温度计。
A.实验原理
AD590 集成电路温度传感器是由多个参数相同的三极管和电阻组成该器件的两端
当加有某一定直流工作电压时（一般工作电压可在 4.5V －20V 范围内），它的输出电流与温度满足如下关系：
I=BT+A
式中，I为其输出电流，单位叭,T为摄氏温度，B为斜率（一般AD590的B=1 pA/°C, 即如果该温度传感器的温度升高或降低1o C，那传感器的输出电流增加或减少1叭）,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AD590，其A值从273 —278迟略有差异。）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0o C 时，数字电压显示值为“ 0”，而当AD590 器件处于T o C 时，数字电压表显示值为“ T”。
B.实验仪器
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 —15V，但不能小于4V，小于4V出现非线性。
2.FD-WTC-D 型恒温控制温度传感器实验仪，0—50o C 水银温度计等。