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溫度傳感器及溫度控制實(shí)驗(yàn)(AD590)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>

1、熟悉半導(dǎo)體型溫度傳感器AD590的基本性能。

2、應(yīng)用AD590實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè)和簡(jiǎn)單控制。

二、實(shí)驗(yàn)所用單元

溫度傳感器、溫度傳感器轉(zhuǎn)換電路板、溫度控制電路板、玻璃管水銀溫度計(jì)、直流穩(wěn)壓電源、低壓交流電源、數(shù)字電壓表、位移臺(tái)架。

三、實(shí)驗(yàn)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(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榕c溫度值成正比的電流信號(hào)I₀，比例因子為1μA/K。通過(guò)運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)電流運(yùn)算，在運(yùn)算放大器輸出端得到與溫度成線性關(guān)系的電壓U_O。

通過(guò)調(diào)節(jié)電位器RP₁和RP₂，可以使U_O在被測(cè)溫度范圍內(nèi)具有合適數(shù)值。例如被測(cè)溫度范圍為0～100℃，則可在0℃時(shí)，調(diào)節(jié)RP₁使U_O為0V；在100℃時(shí)，調(diào)節(jié)RP₂使U_O為5V，這樣被測(cè)溫度每變化1℃對(duì)應(yīng)U_O變化50mV。

圖26-1 溫度傳感器實(shí)驗(yàn)原理圖

在本實(shí)驗(yàn)中，由于0℃和100℃這兩個(gè)溫度不便得到，因此溫度/電壓的標(biāo)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(shí)要使U_O為5V，則：

，那么

2、如果將轉(zhuǎn)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(guò)繼電器控制保溫盒電熱元件的通電或斷電，這樣根據(jù)電壓比較器調(diào)溫端的基準(zhǔn)電壓大小，就能使保溫盒內(nèi)的溫度保持在某一數(shù)值范圍內(nèi)。

圖26-2 加熱及溫度控制電路圖

四、實(shí)驗(yàn)步驟

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

2、在此實(shí)驗(yàn)中，我們用輸出電壓U_O反映實(shí)測(cè)溫度，用溫度計(jì)作為校核標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)上述理論推算方法，在溫度傳感器轉(zhuǎn)換電路板上，調(diào)整好RP₁和RP₂的阻值。

3、按照?qǐng)D26-1和圖26-2接線，將實(shí)驗(yàn)箱（臺(tái)）面板、轉(zhuǎn)換電路板和溫度傳感器小板上的有關(guān)點(diǎn)相連，另外連接E點(diǎn)和Q點(diǎn)，將面板上數(shù)字電壓表置于20V檔，轉(zhuǎn)換電路板上K₂打在B₂（低溫）側(cè)。

4、接通電源（加熱電源開(kāi)關(guān)K₁斷開(kāi)），經(jīng)過(guò)幾分鐘，等待電路工作穩(wěn)定，此時(shí)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)所測(cè)量的溫度為室溫t。細(xì)調(diào)RP1使輸出電壓U_O與室溫相對(duì)應(yīng)，其數(shù)值的關(guān)系為。

5、調(diào)節(jié)電位器RP₄，使溫度給定電壓為2V，即表示設(shè)定溫度為40℃，接通加熱電源開(kāi)關(guān)，觀察升溫過(guò)程。

在升溫過(guò)程中，由于溫度計(jì)的熱慣性比AD590小，因此溫度計(jì)指示值要慢于U_O的變化。此時(shí)轉(zhuǎn)換電路板上的紅色指示燈VD₁滅，繼電器J斷開(kāi)，傳感器小板上的綠色指示燈亮，表示處于加熱過(guò)程。

當(dāng)U_O達(dá)到2V時(shí)，繼電器J吸合，斷開(kāi)加熱電源，但溫度仍會(huì)繼續(xù)稍有上升，然后下降。當(dāng)UO降到2V左右時(shí)，繼電器J斷開(kāi)，接通加熱電源，溫度仍會(huì)繼續(xù)稍有下降，然后上升。經(jīng)過(guò)幾次這樣的循環(huán)，溫度變化范圍會(huì)穩(wěn)定下來(lái)。

如果溫度計(jì)的平均指示值小于40℃，應(yīng)適當(dāng)減小RP₂的阻值，反之則要增加。調(diào)整RP₂，使溫度計(jì)的平均指示值盡量接近40℃。

6、調(diào)節(jié)RP₄，使給定電壓為2.5V，設(shè)定溫度為50℃，重復(fù)上一步驟。

五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中所采用的調(diào)節(jié)方法：先調(diào)節(jié)室溫下的RP₁，再調(diào)節(jié)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(shuō)明本實(shí)驗(yàn)中的溫度控制原理，這種控制方法有什么優(yōu)缺點(diǎn)？