温度传感器及温度控制实验(AD590)

一、实验目的

1、熟悉半导体型温度传感器AD590的基本性能。

2、应用AD590实现对温度的检测和简单控制。

二、实验所用单元

温度传感器、温度传感器转换电路板、温度控制电路板、玻璃管水银温度计、直流稳压电源、低压交流电源、数字电压表、位移台架。

三、实验原理及电路

1、温度传感器电路如图26-1所示。AD590能把温度信号转变为与绝对温度值成正比的电流信号I₀，比例因子为1μA/K。通过运算放大器实现电流运算，在运算放大器输出端得到与温度成线性关系的电压U_O。

通过调节电位器RP₁和RP₂，可以使U_O在被测温度范围内具有合适数值。例如被测温度范围为0～100℃，则可在0℃时，调节RP₁使U_O为0V；在100℃时，调节RP₂使U_O为5V，这样被测温度每变化1℃对应U_O变化50mV。

图26-1 温度传感器实验原理图

在本实验中，由于0℃和100℃这两个温度不便得到，因此温度/电压的标定采用理论值推算的方法。在0℃下AD590的电流理论值为273.2μA，要使输出电压U_O为0V，则I₀与I₁相等：

，那么

100℃下AD590的电流理论值为373.2μA，此时要使U_O为5V，则：

，那么

2、如果将转换电路的输出电压连接到加热及温度控制电路中（图26-2）的电压比较器，通过继电器控制保温盒电热元件的通电或断电，这样根据电压比较器调温端的基准电压大小，就能使保温盒内的温度保持在某一数值范围内。

图26-2 加热及温度控制电路图

四、实验步骤

1、固定好位移台架，将温度传感器置于位移台架上，将水银温度计插入温度传感器上方的小孔内，轻靠在温度传感器上。

2、在此实验中，我们用输出电压U_O反映实测温度，用温度计作为校核标准。根据上述理论推算方法，在温度传感器转换电路板上，调整好RP₁和RP₂的阻值。

3、按照图26-1和图26-2接线，将实验箱（台）面板、转换电路板和温度传感器小板上的有关点相连，另外连接E点和Q点，将面板上数字电压表置于20V档，转换电路板上K₂打在B₂（低温）侧。

4、接通电源（加热电源开关K₁断开），经过几分钟，等待电路工作稳定，此时实验系统所测量的温度为室温t。细调RP1使输出电压U_O与室温相对应，其数值的关系为。

5、调节电位器RP₄，使温度给定电压为2V，即表示设定温度为40℃，接通加热电源开关，观察升温过程。

在升温过程中，由于温度计的热惯性比AD590小，因此温度计指示值要慢于U_O的变化。此时转换电路板上的红色指示灯VD₁灭，继电器J断开，传感器小板上的绿色指示灯亮，表示处于加热过程。

当U_O达到2V时，继电器J吸合，断开加热电源，但温度仍会继续稍有上升，然后下降。当UO降到2V左右时，继电器J断开，接通加热电源，温度仍会继续稍有下降，然后上升。经过几次这样的循环，温度变化范围会稳定下来。

如果温度计的平均指示值小于40℃，应适当减小RP₂的阻值，反之则要增加。调整RP₂，使温度计的平均指示值尽量接近40℃。

6、调节RP₄，使给定电压为2.5V，设定温度为50℃，重复上一步骤。

五、实验报告

1、实验内容中所采用的调节方法：先调节室温下的RP₁，再调节40℃下的RP₂，如果不考虑其它因素，这种方法是否是最合适的？为什么？

2、说明本实验中的温度控制原理，这种控制方法有什么优缺点？