同步变化。 此时电路中各元件参数为： ε：1V R1：190.0Ω R2：1394.4Ω
► 对 NTC 热敏电阻数字体温计进行检验 通过升温，记录不同温度下电压表的示数和温度传感器的示数，对二者进行比较。
θ（℃） U（mV）
34.1
34.12
U-θ 0.02
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数字式温度计的设计和制作 何安珣（09300190088）
五、实验数据和现象记录
1.测量 AD590 集成温度传感器的温度特性
► 确定 AD590 工作电压的范围 按照图 3 连接电路，电阻箱取 5,000Ω。改变电源电压值，记录数据如下：
U0(V) 1.53 3.02 3.51 4.00 4.51 6.00 7.51 9.08 10.52 12.05 13.51 15.00 16.50 18.00 19.52
2.NTC 热敏电阻
► 在恒定电流的情况下，研究 NTC 热敏电阻的零功率阻值与温度的关系。
图4 NTC 温度特性测量电路
按图4连接电路，ε取定值，R1和 R2取值相等。通过调节 R3是电压表示数为0，此时 R3
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数字式温度计的设计和制作 何安珣（09300190088） 的值即为 NTC 的电阻值。记录下温度 T 和 R3的值，绘制 Rx-1/T 曲线。 ► 用 NTC 热敏电阻制作量程为35℃～42℃范围的数字体温计。
U-θ -0.12 -0.06 -0.17 -0.16 -0.06 0.05 -0.13 0.05 0.04 0.03 0.05 -0.10
表3
绘制 U-θ曲线：
80
70
60
U/mV
50
40
30
20
20
30
40
50
60
70
80
θ /℃
数据图3 AD590数字温度计 U-θ关系
R=0.99992，线性程度极高。U=0.9967θ-0.40725。
► 按照图4连接电路，电源电压值取2.80V，R1和 R2均取10,000Ω。调节 R3使电压表示数为 0，记录温度 T 和 R3的值如下：
θ（℃） R3（Ω） θ-1（℃-1）
34.9
3887
0.02865
36.0
3777
0.02778
36.8
3656
0.02717
37.8
3502
0.02646
38.8
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数字式温度计的设计和制作 何安珣（09300190088）
绘制 I-U1图：
0.30
0.25
0.20
I/mA
0.15
0.10
0.05
0.00
0
2
4
6
8
10
12
14
16
U1/V
数据图1 AD590 I-U 图
由图可知，AD590的工作电压范围为4~18V，对应电源电压范围为6~20V。
⑵研究 AD590 电流与温度的关系 电路不变，取定电源电压值为 11.47V，电阻箱阻值 R 为 5,000Ω。 进行升温，记录 T 和 U2，计算 I 值。
四、实验内容及步骤：
1.测量 AD590 集成温度传感器的温度特性
► 确定 AD590 工作电压的范围
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数字式温度计的设计和制作 何安珣（09300190088）
图 3 AD590 工作电压测量电路
如上图连接电路，记录电源电压值 U0，电阻箱两端电压 U2。 记 AD590 两端电压值为 U1（=U0-U2），拟合 U2-U1 曲线，确定工作电压范围。 ► 研究 AD590 电流与温度的关系 取定电源电压值和电阻箱阻值 R，仍使用图 3 电路，进行升温，记录 T 和 U2。 此时 I=U2/R，拟合 I-T 曲线。 ► 用 AD590 制作量程为 0~100℃数字温度计，并验证其精度。
加热，观察记录电压表示数和温度传感器示数的变化情况，改变 R1，使其变化速率一致， 再调节 R3，使电压表示数和温度传感器示数相同。
反复调节后，各元件参数值为： ε：（9.98±0.01）V R1：962.0Ω R2：1000Ω R3：36520.0Ω
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数字式温度计的设计和制作 何安珣（09300190088）
► NTC 是 Negative Temperature Coefficient 的缩写。NTC 热敏电阻即负温度系数热敏电阻， 以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料，采用陶瓷工艺制造而成的。这些金属氧化物都 具有半导体性质，因为在导电方式上完全类似锗、硅等半导体材料。温度低时，这些氧化物 材料的载流子（电子和空穴）数目少，所以其电阻值较高；随着温度的升高，载流子数目增 加，所以电阻值降低。
由上图可知：
Rx
= 1.9034×105
1 θ
− 1.5400 ×103
当ε取1V 时，R1=190.3Ω，R2=1394.4Ω。
► 用 NTC 热敏电阻制作量程为35℃～42℃范围的数字体温计 如图2连接电路，依上述计算所得数据调节元件参数。 对 NTC 热敏电阻进行升温，调节 R1、R2使 U 与θ变化率相等。反复调节直至 U 与θ
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数字式温度计的设计和制作 何安珣（09300190088）
70.0
1.7506
0.35012
75.0
1.7756
0.35512
80.0
1.7999
0.35998
表2
绘制 I-U2图：
0.36
0.35
0.34
0.33
I/mA
0.32
0.31
0.30
0.29
20
30
40
50
60
70
80
θ/℃ /
3377
0.02577
39.8
3235
0.02513
40.7
3148
0.02457
41.8
2992
0.02392
42.6
2933
0.02347
表4
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数字式温度计的设计和制作 何安珣（09300190088） 绘制 Rx-1/T 曲线：
相关系数 R 为0.99857，较好。
θ-1/℃-1
数据图5 NTC 温度特性
U2(V) 178.32e(-3)
0.8841 1.0967 1.2948 1.4643 1.4655 1.4668 1.4681 1.4693 1.4703 1.4713 1.4721 1.4728 1.4736 1.4743
表1
U1=U0-U2(V) 1.51 2.14 2.41 2.71 3.05 4.53 6.04 7.61 9.05 10.58 12.04 13.53 15.03 16.53 18.05
I = Bθ + A
其中 I（单位为μA）为输出电流，θ为温度，A 为 0℃时的输出电流，B 值约为 1。 ► 根据其温度特性，采用非平衡电桥电路，可以制作一台数字温度计。
图 1 AD590 数字温度计设计电路 -2-
数字式温度计的设计和制作 何安珣（09300190088）
由 I = Bθ + A ，可得：
θ（℃） 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 45.0 50.0 55.0 60.0 65.0
U2(V) 1.4833 1.5177 1.5449 1.5716 1.5971 1.6227 1.6477 1.6730 1.6973 1.7248
I(mA) 0.29666 0.30354 0.30898 0.31432 0.31942 0.32454 0.32954 0.33460 0.33946 0.34496
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数字式温度计的设计和制作 何安珣（09300190088） 绘制（U-θ）-θ曲线：
θ /℃
数据图4 AD590数字温度计精确度
在20~80℃变化范围内，U-θ始终在0.2℃之内，符合实验要求。AD590数字温度计制作 成功。
2.NTC 热敏电阻
► 使用万用电表对 NTC 热敏电阻阻值进行粗测，为7.72kΩ。
二、实验原理
1.AD590 集成温度传感器的基本特性
► AD590 是一个电流型的集成温度传感器（详见实验原理补充），其温度测量灵敏度高且 线性好，测量中不需要设置恒定的稳定参考点。
⑴测温范围：-55~+150℃. ⑵电源电压范围：4~30V. ⑶输出电阻：710MΩ. ⑷输出为电流变化，温度变化 1℃，引起 1μA 的电流变化. ► 有 AD590 的温度特性可知，其输出电流与温度呈线性关系：
35.0 36.1 37.0 38.3 39.5 40.8 41.8 42.7
34.96 36.08 37.08 38.31 39.56 40.85 41.90 42.94
表5
-0.04 -0.02 0.08 0.01 0.06 0.05 0.10 0.16
绘制 U-θ曲线：
44
42
40
U/mV
38
六、实验误差分析
1.AD590数字温度计和 NTC 数字体温计的设计都是基于其温度特性曲线的，因此若是 前期测量得到的 AD590和 NTC 热敏电阻温度特性曲线数据准确的话，将给后面的时间带来 很大的影响。而温度传感器外面包裹了一层塑料皮，并且二者与铜管距离不同，因此我们得 到的温度传感器示数其实并不与 AD590及 NTC 所处的环境温度相一致。
数据图2 AD590温度特性
其相关系数 R 为0.99958。
I 以μA 为单位时，有：
I=1.04θ+277.27
当ε取10.0V 时，计算可得 R1=961.5Ω，R2取1000Ω，R3=36510.1Ω
► 用 AD590制作量程为0~100℃数字温度计 照图1连接电路，依计算所得数值调节各元件。 未进行加热时，发现当 R1取理论值，电压表示数与实际温度相差约1℃。对 AD590进行