实验目的

    掌握半导体温度传感器和热敏电阻的使用，传感器的前置电路，以及测量所得信号的微机接口和虚拟仪器的编程，同时掌握非线形校正的原理和查表校正的实现方法。

实验原理及背景知识

    温度测量在检测行业占有很大的比例。温度测量常用的传感器包括热电偶，铂电阻，热敏电阻和半导体测温芯片，其中热电偶常用于高温测量，铂电阻用于中温测量（到摄氏800度左右），而热敏电阻和半导体温度传感器适合于100-200度以下的温度测量，其中半导体温度传感器的应用简单，有较好的线性度的较高的灵敏度。半导体温度传感器又分为模拟式和数字式，模拟式输出模拟信号，通过前置电路放大后再由计算机采集；而数字式的输出信号为数字信号，适合于直接与单片机接口。模拟式半导体温度传感器又分为华氏温度和摄氏温度两种，或电流输出和电压输出两种。常用的AD590是电流输出的华氏温度传感器，LM335是电压输出的华氏温度传感器，而LM35是电压输出的摄氏温度传感器。

    LM35半导体温度传感器是美国国家半导体公司生产的线性温度传感器。其测温范围是-40℃到150℃，灵敏度为10mV/℃，输出电压与温度成正比。LM35不需要任何前置电路。但为了提高信号输出能力和提高信号电平，我们使用单端放大器A对LM35的输出进行放大，电路图如下。该放大器的放大倍数 = 10。因此输出的电压值 = 10mV/℃ * 5 * T。 当T=25℃时，输出的电压值应该是2.5V。

    热敏电阻的使用也十分广泛，热敏电阻线性度比半导体温度传感器较差，但是它的优点是价格便宜，灵敏度高。热敏电阻一般又分为两种：PTC和NTC。PTC是正温度系数，即电阻值随温度增加而增加；而NTC是负温度系数，即电阻值随温度增加而减小。该实验中使用的是NTC热敏电阻。其25度时的阻值为10K。热敏电阻的信号变换电路很简单，即使用电压分压电路。在下图中，当BS2的1、2脚相连时，热敏电阻Rb和Rb0组成分压电路，信号通过一个反向放大器放大后输出到AI1。当跳线BS1的1、2脚相连时，可以通过调节Rb4来调节放大倍数的大小；当2、3脚相连时，放大器的放大倍数为5。当温度增加时，Rb减小，分压电路的输出则增大，反之则减小。

    在附录中我们给出了热敏电阻的随温度变化的阻值表（见下图，很明显的非线性）。如果放大倍数和电源电压已知，那么通过这个阻值表计算出各温度下的电压，或者通过测量AI1的电压来计算Rb的阻值，然后在阻值表中查找到温度值，这样就达到了温度测量的目的。这些数据处理可以在计算机中进行。这种查表法常用于非线性校正中。其中还需要用到线性插值的方法。

    从电路图上可以得到公式：

其中AI1是放大后的电压（可以从计算机中读到），K是放大倍数，Vs是电源电压，Rb是热敏电阻的电阻值。它也可以表示成：

实验内容

1. 利用半导体温度传感器和前置放大电路把温度信号转换成电压信号
2. 利用LM35温度传感器及前置放大电路把温度信号转换成电压信号
3. 利用LabJack U12把电压信号AI0和AI1采集到计算机
4. 使用LabView或组态工厂软件设计虚拟仪器面板，显示信号的电压和所对应的温度值。
5. 对热敏电阻的测温电路进行校正。
6. 设计虚拟仪器来显示热敏电阻测温电路的温度变化曲线。

实验步骤

1. 连接BS1和BS2的跳线（均为1、2脚相连），并把热敏电阻放在LM35旁边一段时间，这样我们就可以假设它们所测量的温度相同。
2. 将实验箱的输出端AI0和AI1用电线连接至LabJack的AI0、AI1端；将实验箱的GND（信号地）接到LabJack的GND端。
3. 运行LabView或DAQFactory程序，在常温下的AI0电压读数应该在2.5V左右。
4. 调整Rb4使AI1的电压和AI0相近。
5. 根据AI0计算出温度，根据阻值表查出Rb0的阻值，并计算K*Vs。
6. 编写程序来根据AI1电压来计算Rb值。
7. 编写程序来通过Rb值和阻值表来计算出温度值。
8. 编写程序来显示热敏电阻测量的温度曲线。
9. 把热敏电阻传感器放在手心或一个温度大约为40度的地方，测量并记录下温度的变化曲线。

    利用LabView 软件的设计平台及LabJack 提供的功能模块，设计温度监测及显示用虚拟仪器，或使用组态工厂（DAQFactory）的通道、转换和页面功能来实现虚拟温度检测仪。最终的程序显示的应该是实际温度值，而不是电压值。