温度传感器的温度特性研究

温度传感器的温度特性研究

实 验 讲 义

前 言

“温度”是一个重要的热学物理量，它不仅和我们的生活环境密切相关，在科研及生产过程中，温度的变化对实验及生产的结果也是至关重要的，所以温度传感器的应用更是十分广泛的。

【实验目的】

1．测量AD590典型温度传感器的温度特性。

2．了解温度传感器的原理与应用，学会用温度传感器组装数字式温度测量仪表。 3. 用几种常用的温度传感器组装温度测量仪表（显示）与温度控制装置。

【实验仪器】

FB716-Ⅰ型物理设计性（热学）实验装置 1套。 【实验原理】

温度传感器是利用一些金属、半导体等材料与温度相关的特性制成的。本实验将通过测量常用的温度传感器的特征物理量随温度的变化，来了解这些温度传感器的工作原理。电流型集成电路温度传感器（AD590）：

AD590是一种电流型集成电路温度传感器。其输出电流大小与温度成正比。它的线性

度极好，AD590温度传感器的温度适用范围为55~150C，灵敏度为1A/K。它具有高准确度、动态电阻大、响应速度快、线性好、使用方便等特点。AD590是一个二端器件，符号如图1所示：

图1 图2

AD590等效于一个高阻抗的恒流源，其输出阻抗10M，能大大减小因电源电压

变动而产生的测温误差。

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AD590的工作电压为4~30V，测温范围是55~150C。对应于热力学温度

每变化1K，输出电流变化1A。其输出电流Io(A)与热力学温度T(K)严格成正比。T，

其电流灵敏度表达式为：

I3kln8 （7） TeR式（7）中k, e分别为波尔兹曼常数和电子电量，R是内部集成化电阻。将

k/e0.0862mV/K, R538代入（9）中得 到

I1.000A/K （8） T在T0C时其输出为273.15A (AD590有几种级别，一般准确度差异在

3~5A)。因此， AD590的输出电流Io的微安数值就代表着被测温度的热力学温度

值（K）。AD590的电流-温度（I~T）特性曲线如图2所示：其输出电流表达式为： IATB (9)

式（9）中A为灵敏度，B为0K时输出电流。如需显示摄氏温标(C)则要加温标转换电路，其关系式为：

tT273.15 (10)

AD590温度传感器其准确度在整个测温范围内0.5C，线性极好。利用AD590的上述特性，在最简单的应用中，用一个电源，一个电阻，一个数字式电压表即可用于温度的测量。由于AD590以热力学温度K定标，在摄氏温标应用中，应该进行C的转换。

【实验内容】

1、电流型集成温度传感器（AD590）温度特性的测试：

按图3接线，在环境温度高于摄氏零度时，先把温度传感器放入致冷井中，利用半导体致冷把温度降到0C，并以此温度作为起点进行测量，每隔10C测量一次，直到需要待测温度高于环境温度时，就把温度传感器转移到加热干井中，然后开启加热器，控温系统每隔10C设置一次，待控温稳定2min后，测试1k电阻上电压。操作方法同上。

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图3

提示：由于工作电源只能轮流对加热井或致冷井服务，所以在使用热电偶时，自由端的基准电压需要另外采取一定措施，可参照以下方法：

（1）用保温瓶盛放冰水混合物作为自由端的基准温度0C。

（2）以室温t0作为基准温度，以tt0作为温度差，测量并计算温差电动势。

【实验步骤】

1、按相应的实验线路图，在元件箱中选取合适的元器件；

2、把元器件合理分布在九孔实验板上，用导线或短路片连接成实际实验线路； 3、根据需要温度,把温度传感器插入加热井或致冷井；（在温控仪内控时，必须把HJK100温度控制仪的K1两个插孔用导线短接，温控仪才能正常工作） 4、根据需要温度,设置好加热井或致冷井温度；

5、将不同温度下测量到的传感器的输出数据逐一记录到表格中，待数据处理。

【数据处理】

处理实验数据

表1AD590温度特性测试数据表格

序号 1 0 2 10 3 20 4 30 5 40 6 50 7 60 8 70 9 80 10 90 11 100 t(C) U(V) I(A) I为从1.000k电阻上测得电压换算所得（IU/R，用最小二乘法进行直线拟合得： A__________A/K ，r____________ 。

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【注意事项】

1．温控仪温度稳定地达到设定值所需要的时间较长，一般需要10~15min左右，务必耐心等待。

2．为节省实验时间，提高实验效率，同学们可以合理安排实验步骤。

3. 由于外部控制与内部控制是串联的，所以外部控温设置不能超过内部设置值,否则到达内部设置值后，外部设置将不能继续执行。

【附录1】FB716-Ⅰ型物理设计性（热学）实验装置使用说明书

一般温度传感器实验仪的功能都局限于通过实验过程，测量并了解温度传感器的温度

特性，而对温度传感器的应用，往往只是一笔带过。针对这一状况，本公司开发的这款实验装置，除了可完成对多种温度传感器的温度特性进行测试外，增加了多种最常用的温度传感器的实际应用的实验功能，使学生在了解温度传感器特性的基础上，通过组装温度测试仪表和温度控制装置，了解并掌握其实际应用的方法和技能，更大地提高学生的学习兴趣，更有利于培养学生的实际动手能力。

一、实验装置

二、主要技术指标

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1．HJK100温度控制仪：

（1）输入工作电源：AC 220V10% 50Hz； （2）输出加热井、致冷井工作电压：24V；

（3）加热井温控范围：室温~100C，有强制风冷功能； （4）致冷井温控范围：室温~0C（室温不高于30C）； （5）可进行外部温度控制（仅适用于加热井控制）； （6）四位半数字电压表量程可切换：

① 档 0~200.0mV，分辨率0.1mV；（最大可测2V） ② 档 0~2000mV，分辨率1mV；（最大可测20V） 2．九孔实验板：300297mm； 3．温度传感器：

（5）AD590集成电路型温度传感器； （6）理论数值：

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