温度传感技术 实验报告

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1、大连理工大学成绩教师签字大学物理实验报告院（系）材料学院专业材料物理班级0705姓名童凌炜学号200767025实验台号实验时间2008年10月27日，第10周，星期一第5-6节实验名称温度传感技术教师评语实验目的与要求：（1）了解P-N结和AD590温度传感器的电路结构及工作原理。（2）学会测量P-N结和AD590温度传感器的温度特性。实验原理和内容：1.P-N结测温元件工作原理及温度特性测试电路根据半导体物理的理论，流过晶体管P-N结的电流I和其两端的电压V满足一下指数关系式中，q为电子电量；k为波尔兹曼常量；T是结温（用热力学温标），因此晶体管P-N结伏安特性随温度变化如下

2、图所示：-6-(1)P-N结伏安特性测试电路。如图2所示，图中所示V1即为作用在P-N结两端的电压值，V0值除以取样电阻Rf（1KΩ）后得到流经PN的电流大小。(2)P-N结温度特性测试电路。即P-N结电压随温度变化的电压跟随器电路如图3所示。当把一个阻值为Rc的负载电阻与P-N结串联后，接至电压值为Vc的外加电压时，P-N结的电压随温度的变化情况就可由P-N结伏安特性和与R有关的负载线的交点对应的电压值所确定。图3图21.AD590集成温度传感器工作原理及温度特性测试电路AD590是一种输出电流与温度成正比的集成温度传感器，其内部电路结构复杂，故此略去根据参考文献推导，在电源电

3、压的作用下，该电路总的工作电流I0为式中，k为波尔兹曼常量，q为电子电量，T为被测温度（绝对温度值），在制作过程中，精确控制R5和R6的阻值，可使上式转化为式中，K0为测温灵敏度常数，一般为℃不同温度下AD590的伏安特性如图5所示，从该图可知，对于某一确定的温度，当电源电压大于某一值以后，可使输出电流几乎不变（或变化极其微小）（1）AD590伏安特性、温度-电流特性测试电路如图6所示，在图中将AD590置于恒温条件下（如冰点或室温），调节电路中“负压调节”旋钮并测出AD590在不同工作电压下的V0值（输出电流为，Rf为取样电阻），便可得到元件在这一温度下的伏安特性的实验数据。同

4、理以工作电压为不变量，-6-改变工作条件温度并测出相应的V0，就可以获得其温度-电流特性的实验数据图5图6（1）由AD590做探头的数字温度计工作电路如图7所示在图7中把AD590首先置于0℃或者室温的恒温条件下，调节W2使V0=0,然后改变AD590的工作环境温度为100℃，调节W3使V0=100mV，便完成了测温电路的定标工作（注意：AD590探头不可直接放入水中，否则受电解质影响，测量结果会不准确）图7主要仪器设备：TS-BII型温度传感技术实验仪，电磁恒温搅拌器，数字万用表，酒精温度计（0~100℃），烧杯，P-N结探头，AD590探头。步骤与操作方法：1.P-N结温度特

5、性测试1.1P-N结伏安特性测试1.1.1把“电压输出”调至6V左右（用万用表20V档监测），并用连线接至左侧的“Vc”插孔。1.1.2把短路器插在标有记号R的一侧，使得1KΩ的反馈电阻接在运放电路输出端V0-6-与反向输入端“-”之间。同时将双刀开关拨向右侧，使得运放电路构成一个电流-电压变换电路1.1.1将画有K标记的两个黑色接线孔用短线短接1.1.2将运放电路输出端V0与数字毫伏表（0~200mV）的输入端Vi用导线相连接1.1.3将被测的P-N结接入电路中，注意正负极性对应。PN结的另一个红色插头接数字万用表电压输入插孔（2V），同时将万用表的COM端接入TS-B型温度传

6、感技术综合实验仪的GND端至此PN结的电压变换电路完成，PN结两端的电压电流可分别从V1读得和V0除以1KΩ电阻后获得。在某一恒温条件下，调节W1记录不同的Vi即可测得其伏安特性曲线。1.2PN结的温度特性测试将上述电路中，短路器接至L一侧，去掉K两端的短接线，双刀开关拨至左侧，就可将电路变换成测试PN结温度特性的电压跟随器。将确定PN结工作状态的Vc和R的值调节至所需的数值后，可以多次改变温度值而测得其温度特性曲线1.AD590温度特性测试断开电源的状态下，用数字万用表电阻档测试该部分运放电路输出V0与反相输入端“-”之间的电阻值，并调节“量程调节”旋钮，使这一电阻值为1KΩ开

7、启电源，用数字万用表的20V档测量AD590两端的电压值是否为本仪器设计的正常值（9V左右）确认AD590两端具有9V电压之后，把AD590集成温度传感器以红黑对应接入“AD590”插孔并用数字万用表2V直流电压档接至运放输出V0和仪器的GND端完成以上连接后，记下不同温度时数字电压表的读数，即可得到AD590的电流温度特性曲线-6-数据记录与处理：在不同温度下测得的PN结的两端电压和取样电阻两端电压，及计算所得的电流值如下：T=30℃U2/mV0.05.010.015.020.