AD590设计数字温度计的原理分析与改进

大学物理实验

PHYSICALEXPERIMENTOFCOLLEGE

Vol.23No.2Apr.2010

文章编号:100722934(2010)0220053203

AD590设计数字温度计的原理分析与改进

谌正艮,赵青生,廖艳林

(安徽大学,安徽

合肥230039)

摘关

键

要:利用AD590特性设计数字温度计,分析实验的原理,并提出改进的措施,以达到更高的实词:AD590;原理分析;改进

文献标识码:A

验精度,而且不需要添加任何仪器。中图分类号:TH73

1、图2,图1主要是研究AD590的输出电流与温

1实验方法与原理

数字温度计的设计方法有多种,它们都是利用某种材料的一种特性随温度变化关系来设计数字温度计,像利用热敏电阻的电阻随温度变化,通过非平衡电桥来设计数字温度计;利用半导体的PN结正向压降随温度变化来设计数字温度计等。现在多数采用AD590的输出电流与温度之间的线性关系来设计数字温度计,它不仅设计简单,而且精度高,是现在大学物理实验中设计数字温度计的常用方法。

度之间关系,通过图1电路测量不同温度下AD590输出电流,发现AD590的输出电流不仅与温度呈线性关系,而且斜率正好是1.0μA/℃。图2是利用AD590这种特性设计的数字温度计,电路其实就是一个惠斯通电桥电路,电阻R1=R2=1000.0Ω。实验中AD590是插在一个小试管中,试管里盛有甲基硅油,这个小试管放在一个能加热的水槽中(因为AD590不能直接放进水中,甲基硅油也是热的良导体且不易挥发)。首先把插有AD590的小试管放进冰水混合物里,等到AD590降到零度,调节图2的电阻R3使数字毫伏表上示数为零(定标过程)。现在你把AD590放在任何环境下,环境的温度是多少,数字毫伏表的读数就是多少,这样数字毫伏表就被改装成数字温度计了。

AD590的输出电流与温度成线性关系,而且

图1AD590输出电流与温度之间关系图

温度每升高1℃,电流增加1μA。当环境温度为10℃时,AD590的输出电流就增加10μA,而毫伏表的内阻Rv≥1MΩ,也即远大于桥臂上的电阻。增加的10μA电流几乎全部从R1流到负极,这样C点电位就升高ΔV=1000.0Ω×10μA=10mV,而UAB的电压不变,R2与R3的阻值不变,

所以D点电位不变,UCD=10mV,所以毫伏表显示的示数就是10,正好等于环境温度数值。

图2

利用AD590特性设计数字温度计

2改进方法

当前使用的仪器中,测量电源电压与电桥检

AD590设计数字温度计的实验电路图如图

收稿日期:2009211223

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AD590设计数字温度计的原理分析与改进

测共用一个数字毫伏表,AD590的工作电压范围较宽,从5～20V都可以,实验前电源电压可以调节(实验过程中电压一般不能调节),电压大小可以用毫伏表来测量,所以要求毫伏表量程超过20000mV。所以厂家一般提供的数字毫伏表精度只有1mV。而实验过程中测量温度的数字温度计或水银温度计精度都达到0.1℃,所以把数字毫伏表组装成数字温度计过程中存在一个有效数字不等的取舍误差。比如说现在环境温度是10.2℃(三位有效数字),而组装的数字温度计显示的可能就是10(2位有效数字)。

如何在现有的仪器基础上提高组装数字温度计的精度呢?以达到能反映环境温度0.1℃变化

表1

环境温度(温度计测量)t/℃

组装温度计V1/mV改进后组装温度计V2/mV

V3=V2/10mV

的电压。通过前面对AD590组装数字温度计的原理分析,组装的关键是温度每升高1℃,AD590输出电流增加1μA。而这1μA电流只能通过R1流向负极,导致R1端点C的电位升高1mV,D点电位不变(当然前提条件是电源电压、R2、R3在实验过程中不能变化)。如果使R1=R2=10000.0Ω,电路接线与定标过程不变,这样当环境温度每升高0.1℃,AD590的输出电流就增加0.1μA,毫伏表的电压就升高ΔV=10000.0Ω×0.1μA=1mV(当然毫伏表的读数除以10才是温度值)。这样就能反映环境温度0.1℃的变化,而且不需要增加任何仪器与难度。表1是同一台仪器在改进前与改进后组装的数字温度计实际测量的数据。温度测量值17.51717417.4

20.02020020.0

22.52322622.6

25.02625025.0

27.52727427.4

30.03030230.2

32.53332732.7

10.01010110.1

12.51312412.4

15.01515115.1

以表1的数据作图,见图3。

图3右图是左图的局部放大图

通过表1与图3可以看出,AD590组装的数字温度计测量结果误差很小,而且改进后的温度计测量结果更好,在图3中看出改进后的温度计波动性更小。

验中有许多值得思考、值得探索的地方,学生应能洞悉实验原理,提高分析问题解决问题的能力,以达到物理实验的培养目的。参考文献:

[1][2][3]

3结论

赵凯华.电磁学(上)[M].北京:高等教育出版社,

2001.

虽然实验仪器本来不能反映环境温度0.1℃的变化,但是通过分析AD590组装设计数字温度计的原理,利用简单的技巧就能达到,而且不需要添加任何仪器,也没有带来任何麻烦。可见物理实

马文蔚.大学物理(中)[M].北京:高等教育出版社,1999.

赵青生.新编大学物理实验[M].合肥:安徽大学出版社,2009.

AD590设计数字温度计的原理分析与改进

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TheAnalyzingofDigitalThermometerPrincipleusing

AD590DesigningandImprovement

CHENZheng2gen,ZHAOQing2sheng,LIAOYan2lin

(AnhuiUniversity,Hefei230039)

Abstract:UsingAD590featuredesigndigitalthermometer,analyzingprincipleofexperiment.Thenproposeimprovementmeasurestoachieveahigherexperimentalaccuracyanddoesnotrequireanyadditionalinstrument.

Keywords:AD590;principleanalyzing;improvement

(上接第46页)

AMethodofMeasuringMetalLinearExpansion

CoefficientbyWedgeInterference

YINZhi2yong1,JIATong2fu1,TANGHong2zhi1,WANLi1,QINTian2jian2

(1.EastChinaInstituteofTechnology,Fuzhou344000;2.SouthwestPetroleumUniversity,chengdu610500)

Abstract:Inthispaper,combiningtheprincipleofwedgeinterferenceandthecalculationformulaofmetallinearexpansioncoefficient,bymeasuringthemicrodifferentbetweenyellowcopper’slinearisheatedbeforeandafter,wecancalculateitslinearexpansioncoefficient.Thisexperimentiswellinresult.

Keywords:linearexpansioncoefficient;interferencefringes;mobilemeasuringmicroscope