传感器与自动检测技术课程设计报告(初稿).docx

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1、传感器与自动检测技术课程设计报告(初稿) 东北农业大学 课程设计报告 项目名称：集成温度传感器的特性 所属课程：传感器与自动检测技术 实践日期：2022.11.292022.12.9 班级：电信0901班 组长：组员： 指导教师： 课题名称：集成温度传感器的特性 一主要内容： 了解常用的集成温度传感器AD590的基本原理，然后，设计电路检测流过AD590的电流I与温度的T的线性关系，画出其拟合曲线，分析非线性误差。最后，讨论电流输出型和电压输出型集成温度传感器的优缺点。 二基本要求： 1简述测量原理并画出测量电路图； 2设计表格，整理测量数据，画出拟合曲线，分析其非线性误差； 3.总结实验后的

2、收获，体会。 三试验进度与应完成工作： 第一阶段：阅读书籍，查找资料； 第二阶段：系统设计，论文初稿； 第三阶段：系统调试，论文修改； 第四阶段：论文定稿，答辩准备； 第五阶段：论文答辩。 四主要参考文献，资料 1于成波,胡新宇.传感器与自动检测技术.高等教育出版社,2022.2 2THQC-1型典型传感器特性综合试验仪实验指导书.2022年新版 3赵知劲,刘顺兰.数字信号处理实验.浙江大学出版社,2022.3 4杨素行,模拟电子技术基础简明教程.高等教育出版社,2022.5 5丁振良,误差理论与数据处理.哈尔滨工业大学出版社,2022.5 目录 集成温度传感器的特性 (2) 摘要： (2)

3、关键词： (2) 1 引言 (2) 2 温度传感器特性及检测研究实验 (3) 2.1 实验目的 (3) 2.2 实验原理 (3) 2.3 实验仪器 (6) 2.4 实验步骤 (6) 2.5 实验数据 (7) 2.6 绘图分析 (8) 2.7 数据分析及结论 (8) 3 集成温度传感器的应用的探讨 (8) 4 集成温度传感器两种输出型比较 (9) 参考文献 (9) 致谢 (9) 集成温度传感器的特性 摘要：了解常用的集成温度传感器AD590的基本原理，然后，设计电路检测流过AD590的电流I与温度的T的线性关系，画出其拟合曲线，分析非线性误差。最后，讨论电流输出型和电压输出型集成温度传感器的优缺

4、点。 关键词：集成温度传感器线性关系拟合曲线非线性误差 1 引言 集成温度传器将温敏晶体管与相应的辅助电路集成在同一芯片上，它能直接给出正比于绝对温度的理想线性输出，一般用于50150之间测量，温敏晶体管是利用管子 U 的集电极电流恒定时，晶体管的基极发射极电压与温度成线性关系。为克服温敏晶体管 b 电压生产时的离散性、均采用了特殊的差分电路。集成温度传感器有电压型和电流型二种， 电流输出型集成温度传感器，在一定温度下，它相当于一个恒流源。因此它具有不易受接触电阻、引线电阻、电压噪声的干扰。具有很好的线性特性。本实验采用的是国产的AD590。它只需要一种电源（4V 30V ）。即可实现温度到电

5、流的线性变换，然后在终端使用一只取样电阻（本实验中为R2）即可实现电流到电压的转换。它使用方便且电流型比电压型的测量精度更高。 2 温度传感器特性及检测研究实验 2.1 实验目的 1.了解常用的集成温度传感器AD590的基本原理。 2.设计电路检测流过AD590的电流I 与温度的T 的线性关系。 3.讨论电流输出型和电压输出型集成温度传感器的优缺点。 2.2 实验原理 3 be V 4 be V 3 e I R 4 e I 3 c I 4 c I 3 Q 4 Q 0 I 2 Q 1 Q +- AD590简化原理图 AD590的电路原理： AD590 的内部简化电路如图所示。该传感器由多个晶体管

6、和电阻组成,其中晶体管制作在一个半导体单面基片上,因此它们的特性、损耗和发射极面积能够相互匹配。整体分析,该电路可看作由两个镜象电流源构成。其中,晶体管1Q 和2Q 组成上镜象电流源, 3Q 和 4Q 组成下镜象电流源。如果设上镜象电路的输出是3Q 的输入,则4Q 的输入是上镜象电 路的输出。 设各晶体管为理想晶体管(即它们的电流放大系数趋于无穷大),则知 430C C I I I += （1） 由于镜像电流源3Q 和4Q 的作用，43 c c I I =，343c e e I I I =。因此 33022e c I I I = （2） PN 结理想伏安特性表达式为 ()() 11-=-=K

7、T qV S V V S e I e I I T （3） 对晶体管而言，上式中的S I 即为发射极电流；e I 为集电极-发射极反向饱和电流；V 为基极与发射极之间的电压be V ；T V 为温度的电压当量(即q T K )，q 为电子电荷，K 为波 尔兹曼常数, T 为热力学温度。 当温度在C C ? ?-15555之间时，近似在V V 05.004 .0之间。硅管约为V 7.0，因此 1T be V V e 。则（3）可改写为T be V V S e e I I ，即 ()S e be I I V V ln （4） 所以，()333 ln S e T be I I V V ，()444ln

8、 S e T be I I V V ，有图知 R I V V e be be 334+= （5） 所以 R I V e R 32= 34be be V V -= ()3344ln s e s e T I I I I V = ()43ln s s T I I V = （6） 由于S I 正比于各晶体管的发射极的面积S ，所以（6）可改写为 ()43ln S S V V T R = （7） 3S ,4S 分别为晶体管3Q ,4Q 的发射极面积。若43NS S =，则()N V V T R ln 2=， 因此 30 2e I I = ()()N R V T ln 2= ()()N q R T ln

9、2K = （8） 所以 ()()N q R T I ln 20 K = （9） 由上式知，当电阻R 的阻值给定时，T I 0为一恒定值。适当选取值R ，可使为 K /0000.1A （K 为热力学温度单位） 。 由上面的分析知，AD590的输出电流0I 与它所处的热力学温度T 成线性关系，因此实现了温度到电流强度的线性变换。 保持电源电压稳定,分别使AD590 处于一系列不同的温度点Ti ,通过测量V 得出相应的输出电流Ii 。对所得的数据点用最小二乘法进行拟合,可得经验公式 +T =I (10) 3 be V 4 be V 3 e I R 4 e I 3 c I 4 c I 3 Q 4 Q

10、0 I 2 Q 1 Q +- 2 R O U K A 1 1V 5+集成温度传感器实际测量电路 2.3 实验仪器 温度控制器，加热源，温度模块，数显单元，万用表 2.4 实验步骤 1、将主控箱上总电源关闭，把主控箱中温度检测与控制单元中的恒流加热电源输出与温度模块中的恒流输入连接起来。 2、将温度模块中的温控Pt100与主控箱的Pt100输入连接起来。 3、将温度模块中左上角的AD590接到a 、b 上（正端接a ，负端接b ），再将b 、d 连接起来。 4、将主控箱的+5V 电源接入a 和地之间。 5、将d 和地与主控箱的电压表输入端相连（即测量1K 电阻两端的电压）。 6、开启主电源，将温

11、度控制器的SV 窗口设定为C 050（设置方法见附录2），以后每隔C 05设定一次，即t=C 05，读取数显表值，将结果表中。 7、根据表中数据计算AD590的非线性误差。 2.5 实验数据 () C ?T 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 ()mV V 325 329 335 340 343 349 354 359 364 370 375 380 ()A I 325 329 335 340 343 349 354 359 364 370 375 380 其中R U I =,=12R 2.6 绘图分析 40 506070 8090100110120 3

12、10320330340350360370380390400 温度T/ 电流I /u A 集成温度传感器AD590特性 实验数据（Ti,Ii ） 保持电源电压稳定,分别使AD590 处于一系列不同的温度点Ti ,通过测量V 得出相应的输出电流Ii 。对所得的数据点用最小二乘法进行拟合,可得经验公式 +T =I ； 由MATLAB 做出拟合曲线，且得出 p = 1.0049 274.0373 即有 0373.2740049.1+=T I 2.7 数据分析及结论 在工作电压为（4V 30V ）的范围内，AD190集成温度传感器在40120范围内电流和温度呈良好的线性关系。 3 集成温度传感器的应用的

13、探讨 集成温度传感器在生产生活中具有非常广泛的应用前景。各种电子产品如空调，冰箱等， 工业上的温控应用也很普遍，科研上也有它较广泛的应用。随着集成温度传感器精度的不断改进，其在精度测量与控制方面有着广泛的应用前景。 4 集成温度传感器两种输出型比较 集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。电压输出型的灵敏度一般为10 mVK ，温度0时输出为0，温度25时输出2.982 V。电流输出型的灵敏度一般为1 AK 。 温度传感器AD590是电流输出型温度传感器，以电流输出量作为温度指示，其电流温度灵敏度为1A/K。它的输出电流精确地正比于绝对温度，可以作为精确测温元件。AD590只需要一

14、个电源(+4V+30V)，即可实现温度到电流源的转换，使用方便。AD590的校准精度可达0.5，当其在常温区范围内校正后，测量精度可达0.1。作为一种正比于温度的高阻电流源，它克服了电压输出型温度传感器在长距离温度遥测和遥控应用中电压信号损失和噪声干扰问题，不易受接触电阻、引线电阻、电压噪声的干扰，因此，除适用于多点温度测量外，特别适用于远距离温度测量和控制。 参考文献 1于成波,胡新宇.传感器与自动检测技术.高等教育出版社,2022.2 2THQC-1型典型传感器特性综合试验仪实验指导书.2022年新版 3赵知劲,刘顺兰.数字信号处理实验.浙江大学出版社,2022.3 4杨素行,模拟电子技术基础简明教程.高等教育出版社,2022.5 5丁振良,误差理论与数据处理.哈尔滨工业大学出版社,2022.5 致谢 我们小组在实验操作和论文撰写过程中，得老师的悉心指导，在此向他深表谢意！