物理实验第20卷第7期 用集成温度传感器作信号检测的恒温控制电路 胡益华·游冠军’陆申龙赵天相 (复旦大学物理系上海200433) 摘要介绍集成温度传感器AD590的优点和特性,并用该传感器作探测器研制高精度恒温控制器 关镳词集成温度传感器控温精度恒温控侧电路 1引言 很多优点,比如抗干扰能力强、线性良好、体 积小、应用简单方便,测温不需任何温度参考 在0~150℃温度范围内,实验室一般大量点等.与目前普通物理实验中使用的接点式水 使用的恒温器和恒温箱,其测量部分大多由接银温度计相比,响应速度快、无污染、灵敏度 点式玻璃水银温度计、双金属片等组成.但这高.因此,用AD590作传感器的控温电路可以 些测量器件有的控温精度(温度控制在某点时在各类实验室中推广应用 的最大波动范围)不是很高.如目前大量使用 测量装置如图1所示,将AD590用铝外壳 的接点式水银温度计(也称水银导电表),由于保护且引出线用绝缘材料封闭,置于恒温水浴 其在恒温控制过程中动作误差大(如0~100℃中.数字电压表测出电阻R=10009上的电压 时,误差可达士1.5℃),控温精度不高.加之V,由I=V/R可算得AD590输出电流I.测量 体积大、打破玻璃壳易引起水银污染等,因此结果见表1,其中θ为传感器温度(用二等标准 它存在许多弊端.而用铜康铜热电偶来进行温水银温度计测出) 度测量的精密温度自动控制仪的控温精度可以 等标准水温度计 达到士01℃,但测温需要参考点(冰点),且 价格较高.为此作者用集成电路温度传感器 R-1000n AD590作为测温器件,设计研制出新的恒温控 制器,其控温精度为士0.05℃.且线路简单,价 格较低 2AD590特性测量 AD590 AD590是一种新型的二端温度传感集成 电路,其输出电流大小由其温度决定,它具有 将I-日作直线拟合得斜率k=1.01A,相 表1AD590的温度与输出电流Ⅰ关系 c010284038.304.90467050.905459,106.707510 2735301.9311.8318.4320.1324.3327.9332.6338.2348.6 I/HA 01.931.8318.4320.13243327.932.63823486 关系数r=0.99998,截距=273.45μA.由此可温度θ增加呈线性增加,灵敏度为 见,待测集成温度传感器AD590输出电流Ⅰ随1.001pA/℃,由于它是普通级别的AD590,在 ·复旦大学物理系97级本科生 2 01995-2005 TSinghua Tongfang Optical Disc Co, LId All rights reserved
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物理实验第20卷第7期 +12V+12V 时,VV,J2再次 12V 2DW7C 工作,电热丝通电加热.这样,继电器 J2不断地接通与断开,从而达到恒温控 J(交流换触器) 制的目的 3.2恒温控制器测量数据及分析 按图2进行安装、实验,测出电位 器W滑动端P对地的电压vb与对应 恒温水箱 恒温电路控制的恒温水槽的温度的数 1.AD590传感器2搅拌器3.二等标准水银温度计据,如表2所示,Vb由数字电压表读出 4,电热丝(外用玻璃管保护)5.2000mL玻璃杯 测试时间为半小时 图2 由表2数据可以看到,在所测温度 0℃时输出电流为273.45A,而等级高的标准 范围内恒温电路的控温精度较高,基本上每个 型AD590传感器在0℃时输出电流达 温度点都可达士0.05℃,如果保温层做得更好 273.2μA,即其数值与冰点时热力学温度T= 273.15K较一致.此时数字电压表上显示的数 值即为待测物体的热力学温度T P端的电压控制水槽的温度控温精度 6/℃ 3用AD590制作恒温控制电路 ±0.05 3.1 士0.05 3.1控制电路工作原理 3.250 56.00 ±0.05 恒温控制电路如图2所示,LF356为集成 -3,350 土0.0 运算放大器,AD590输出电流经由LF356组成 3.450 76.10 ±0.05 的ⅠV(电流电压)转换电路,在LF356的输(本实验中,恒温水槽是容积仅为2mnL的玻 出端转换成电压输出,该值为负值.LM3ll为璃杯),控温效果会更好.另外,在电路定标、 电压比较器,它的端2电势V和端3电势Vb电位器W的滑动端改制成刻度盘(调节和指示 进行比较(均以接地点为参考点)若V>V,控制的温度)的时候,刻度盘的刻度并不是严 则在端7输出的电势V=E(E0为一正值);若格均匀的实验中,若要改变恒温控制器控制 VVb,V。=E0,使三极管3DK4B导 通,固体继电器J1接通,从而使交流接触器 1凌佩玲.普通物理实验(实验31温度自动控制).上 线圈流过电流,其常开触点闭合,电热丝接通 海;上海科学技术文献出版社,1988 (2000-01-10收稿) 220V电源开始工作,对恒温水槽加热 当恒温水槽温度升高到稍微超过预定值 2 01995-2005 TSinghua Tongfang Optical Disc Co, LId All rights reserved
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