溫度傳感器及溫度控制實驗(AD590)

一、實驗目的

1、熟悉半導體型溫度傳感器AD590的基本性能。

2、應用AD590實現對溫度的檢測和簡單控制。

二、實驗所用單元

溫度傳感器、溫度傳感器轉換電路板、溫度控制電路板、玻璃管水銀溫度計、直流穩壓電源、低壓交流電源、數字電壓表、位移臺架。

三、實驗原理及電路

1、溫度傳感器電路如圖26-1所示。AD590能把溫度信號轉變為與絕對溫度值成正比的電流信號I₀，比例因子為1μA/K。通過運算放大器實現電流運算，在運算放大器輸出端得到與溫度成線性關系的電壓U_O。

通過調節電位器RP₁和RP₂，可以使U_O在被測溫度范圍內具有合適數值。例如被測溫度范圍為0～100℃，則可在0℃時，調節RP₁使U_O為0V；在100℃時，調節RP₂使U_O為5V，這樣被測溫度每變化1℃對應U_O變化50mV。

圖26-1 溫度傳感器實驗原理圖

在本實驗中，由于0℃和100℃這兩個溫度不便得到，因此溫度/電壓的標定采用理論值推算的方法。在0℃下AD590的電流理論值為273.2μA，要使輸出電壓U_O為0V，則I₀與I₁相等：

，那么

100℃下AD590的電流理論值為373.2μA，此時要使U_O為5V，則：

，那么

2、如果將轉換電路的輸出電壓連接到加熱及溫度控制電路中（圖26-2）的電壓比較器，通過繼電器控制保溫盒電熱元件的通電或斷電，這樣根據電壓比較器調溫端的基準電壓大小，就能使保溫盒內的溫度保持在某一數值范圍內。

圖26-2 加熱及溫度控制電路圖

四、實驗步驟

1、固定好位移臺架，將溫度傳感器置于位移臺架上，將水銀溫度計插入溫度傳感器上方的小孔內，輕靠在溫度傳感器上。

2、在此實驗中，我們用輸出電壓U_O反映實測溫度，用溫度計作為校核標準。根據上述理論推算方法，在溫度傳感器轉換電路板上，調整好RP₁和RP₂的阻值。

3、按照圖26-1和圖26-2接線，將實驗箱（臺）面板、轉換電路板和溫度傳感器小板上的有關點相連，另外連接E點和Q點，將面板上數字電壓表置于20V檔，轉換電路板上K₂打在B₂（低溫）側。

4、接通電源（加熱電源開關K₁斷開），經過幾分鐘，等待電路工作穩定，此時實驗系統所測量的溫度為室溫t。細調RP1使輸出電壓U_O與室溫相對應，其數值的關系為。

5、調節電位器RP₄，使溫度給定電壓為2V，即表示設定溫度為40℃，接通加熱電源開關，觀察升溫過程。

在升溫過程中，由于溫度計的熱慣性比AD590小，因此溫度計指示值要慢于U_O的變化。此時轉換電路板上的紅色指示燈VD₁滅，繼電器J斷開，傳感器小板上的綠色指示燈亮，表示處于加熱過程。

當U_O達到2V時，繼電器J吸合，斷開加熱電源，但溫度仍會繼續稍有上升，然后下降。當UO降到2V左右時，繼電器J斷開，接通加熱電源，溫度仍會繼續稍有下降，然后上升。經過幾次這樣的循環，溫度變化范圍會穩定下來。

如果溫度計的平均指示值小于40℃，應適當減小RP₂的阻值，反之則要增加。調整RP₂，使溫度計的平均指示值盡量接近40℃。

6、調節RP₄，使給定電壓為2.5V，設定溫度為50℃，重復上一步驟。

五、實驗報告

1、實驗內容中所采用的調節方法：先調節室溫下的RP₁，再調節40℃下的RP₂，如果不考慮其它因素，這種方法是否是最合適的？為什么？

2、說明本實驗中的溫度控制原理，這種控制方法有什么優缺點？