Ćwiczenie nr 6 

 

Badanie właściwości metrologicznych 

czujników temperatury 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Opracowali: 
dr inż. Wacław Gawędzki 
mgr inż. Rafał Frączek 
 
 
 
 
 
 
 

AGH Kraków 2006 

 

2 

WPROWADZENIE 
 
 

Badanie właściwości metrologicznych zintegrowanych czujników temperatury typu: 



  AD590 (Analog Devices) 



  AD22100 (Analog Devices) 



  LM35CZ (National Semiconductor) 



  PT100 

wykonywane  jest  na  stanowisku  wyposażonym  w  multimetry  HP3401A  zintegrowane 
magistralą  GPIB  z  komputerem  PC  z  wykorzystaniem  środowiska  VEE.  Każdy  z  w/w 
czujników  ma  inną  funkcję  przetwarzania  oraz  w  inny  sposób  podłączany  jest  do 
przyrządu pomiarowego. 
 



  CZUJNIKI TEMPERATURY 

 
Statyczne funkcje przetwarzania poszczególnych czujników temperatury: 
 



  AD590 

 

(1) 

 



  AD22100 

 

(2) 

 



  LM35CZ 

 

(3) 

 
 
2.1. Czujnik LM35 
 

2.1.1.  Opis ogólny 

 

Układy z rodziny LM35 są precyzyjnymi scalonymi czujnikami temperatury, których 

sygnał  wyjściowy  jest  liniowo  proporcjonalny  do  temperatury  w  stopniach  Celsjusza. 
Układ  LM35  nie  wymaga  żadnej  zewnętrznej  kalibracji  ani  korekcji  dla  uzyskania 
typowych  dokładności 



0.25



C  w  temperaturze  pokojowej  i 



0.75



C  w  całym  zakresie 

temperatur  od  –55



C  do  +150



C.  Mała  impedancja  wyjściowa,  liniowość  sygnału 

wyjściowego oraz precyzyjna auto-korekcja układu LM35 powodują, że jego sprzęganie z 
układami odczytu lub sterowania jest szczególnie proste. 

Układ  może  mieć  zasilanie  symetryczne  (napięciem  dodatnim  i  ujemnym)  lub 

niesymetryczne. Pobiera 60



A prądu zasilającego i dzięki temu w powietrzu nagrzewa się 

mniej niż 0.1



C. Układ LM35 jest przeznaczony do pracy w zakresie –55



C do +150



C, 

natomiast LM35C w zakresie –40



C do + 110



C. 

 
 
 
 
 













K

A

T

I

A



1

 

 











































C

mV

T

V

V

U

U

A

zas

out

5

.

22

375

.

1

5















C

mV

T

U

A

out

10

 

3 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Rys. 1. Obudowy czujnika LM35 

 

Układ jest produkowany w pięciu wersjach. Czujniki rodziny LM35 są montowane w 

hermetycznej  metalowej  obudowie  tranzystorowej  TO-46,  natomiast  wersje  LM35C, 
LM35A i  LM35D są również dostępne w plastykowej  obudowie tranzystorowej  TO-92. 
Czujnik  LM35D  jest  też  produkowany  w  plastykowej  
obudowie TO-202 i w 8-końcówkowej obudowie SO-8 (rys. 1). 
 
Właściwości układu: 



  kalibracja bezpośrednio w 



C 



 

liniowa  charakterystyka  zależności  napięcia  wyjściowego  od  temperatury  o 
współczynniku skalowania +10 mV/



C 



 

gwarantowana dokładność kalibracji 0.5



C (w temperaturze 25



C) 



 

możliwość pracy w pełnym zakresie temperatur od –55ºC do +150



C 



  zakres napięć zasilania od 4[V] do 30[V] 



 

pobór prądu mniejszy niż 60[



A]  



 

nieliniowość mniejsza od 



0.25



C 



 

mała impedancja wyjściowa, 0.1[



] przy obciążeniu 1[mA] 

 

2.1.2.  Typowe układy pracy 

 



  czujnik temperatury +2



C

 do +150



C 

 

 
 
 
 
 

 

Rys. 2. Czujnik do pomiaru temperatury w skali Celsjusza o zakresie +2 do +150



C 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

 

4 



 

pełnozakresowy czujnik temperatury 

 

 
 
 
 
 
 

Rys. 3. Czujnik do pomiaru temperatury w skali Celsjusza o pełnym zakresie od –55ºC do 

+150



C 

Należy dobrać: 

 

A

U

R

s



50

1





 

 
U

wy

=+1500[mV] dla T=150ºC 

U

wy

=+250[mV] dla T=25ºC 

U

wy

=-550[mV] dla T=-55ºC 

 

2.1.3.  Zastosowania 

 



 

pomiary temperatury, w tym także pomiary zdalne 



 

układy sterowania i regulacji 



  termostaty 



 

kompensacja  temperatury  wolnych  końców  przy  pomiarach  z  użyciem 
termoelementów 

 
2.2. Czujnik temperatury AD590 
 

2.2.1.  Opis ogólny 

 

AD590  jest  scalonym  czujnikiem  temperatury,  w  którym  prąd  wyjściowy  jest 

proporcjonalny  do  temperatury,  wyrażonej  w  stopniach  Kelvina.  Współczynnik 
skalowania  jest  równy  1[μA/K].  Czujnik  ten  powinien  być  używany  w  zakresie 
temperatur -55



C do +150



C. AD590 jest szczególnie użyteczny w zdalnych aplikacjach 

pomiarowych.  Przyrząd  jest  nieczuły  na  spadki  napięcia  na  liniach  długich  z  powodu 
swojego  wysoko-impedancyjnego  wyjścia  prądowego  (



10[M



]).  Na  przykład 

zmieniające się zasilanie z 5[V] do 10[V] kończy się tylko 1[



A] (max) zmianą prądu, co 

odpowiada błędowi 1



C. AD590 jest elektrycznie trwały: może oprzeć się napięciu 44[V] 

i napięciu wstecznemu 20[V]. Dlatego też zmiany napięcia czy też odwrócenie końcówek 
nie uszkodzi układu. 
 

2.2.2.  Ważniejsze parametry układu: 



 

współczynnik temperatury: 1[μA/K] 



 

napięcie zasilania: min=4[V], max=30[V] 



  zakres temperatury: od 



55



C do 



150



C 



 

nominalny prąd wyjściowy w temp. 



25



C: 298.2[



A] 



 

błąd nieliniowości: 



0.3



C 

 
 

 

5 

 

2.2.3.  Opis układu 

 

AD590  wykorzystuje  podstawowe  właściwości  tranzystorów  krzemowych,  z  których 

jest zbudowany do realizacji proporcjonalnej charakterystyki temperaturowej. Jeżeli dwa 
identyczne tranzystory działają przy stałym stosunku p gęstości prądów kolektora, wtedy 
różnica w ich napięciach baza-emiter będzie równa: 
 

(4) 

 
Ponieważ  zarówno  stała  Boltzmanna  k  jak  i  ładunek  elektronu  q  są  stałe,  wyjściowe 
napięcie jest bezpośrednio proporcjonalne do temperatury absolutnej T. 
Wartość  sygnału  prądowego  na  wyjściu  czujnika  jest  równa  iloczynowi  współczynnika 
1[μA/K] i  aktualnej  temperatury wyrażonej  w stopniach Kelvina. Współczynnik  ten jest 
określany na etapie produkcji, przez wykonywanie jednopunktowej kalibracji. Wykonuje 
się to przy zasilaniu 5[V] i w temperaturze 25



C (298.2K). Następnie czujnik jest badany 

w celu określenia dokładności dla całego zakresu temperatury. 
 
2.3. Czujnik temperatury AD22100 
 

2.3.1.  Opis układu. Parametry charakterystyczne 

 

AD22100  jest  scalonym  monolitycznym  czujnikiem  temperatury.  Może  być 

stosowany  w  zakresie  temperatur  –50



C  do  +150



C.  Napięcie  wyjściowe  jest 

proporcjonalne  do  temperatury  i  napięcia  zasilania.  Przyjmuje  ono  wartości  od  0.25[V] 
przy –50



C do +4.75[V] przy +150



C przy użyciu pojedynczego źródła zasilania +5.0[V]. 

 

2.3.2.  Parametry charakterystyczne 

 



  funkcja przenoszenia: 

 

 











































C

mV

T

V

V

U

U

A

zas

out

5

.

22

375

.

1

5

 



 

współczynnik skalowania 

























C

mV

U

zas

5

.

22

5

 



 

nieliniowość od T

min 

do T

max

: 0.5% (zakresu) 



 

napięcie zasilania: min=4[V], typ=5[V], max=6[V] 



  zakres temperatury od 



50



C do 



150



C 



  obudowa: TO-92 lub SOIC 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Rys. 4. Obudowy  układu AD22100 

 

 

p

q

kT

U

BE

ln







 

6 

2.3.3.  Zasada działania 

 

AD22100  jest  czujnikiem  temperatury,  którego  napięcie  wyjściowe  jest 

proporcjonalne  do  przyłożonego  napięcia  zasilania.  Częścią  zasadniczą  czujnika  jest 
rezystor  o  rezystancji  zależnej  od  temperatury,  termorezystor,  który  jest  wbudowany  w 
układ. Na rys. poniżej przedstawiono uproszczony schemat układu. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Rys. 5. Uproszczony schemat układu 

 

Termorezystor  R

T

  zasilony  jest  ze  źródła  prądowego  I,  które  jest  proporcjonalne  do 

przyłożonego  napięcia  zasilania  V+.  Spadek  napięcia  na  termorezystorze  R

T

  jest  więc 

proporcjonalny  do  napięcia  zasilania  oraz  zmienia  się  liniowo  wraz  z  temperaturą  ze 
względu na zastosowaną linearyzację. Zadaniem  pozostałych elementów w układzie jest 
odpowiednie  wzmocnienie pobranego sygnału z termorezystora R

T

 zgodnie z funkcją: 

 

(5) 

 
 

AD22100  będzie  działał  z  nieznacznie  większą  dokładnością  niż  podano  w  danych 

katalogowych,  jeżeli  przyłożone  napięcie  zasilające  jest  utrzymane  w  stałej  wartości. 
Możemy także dokonać pomiaru stosunku napięć: wyjściowego i zasilającego co pozwoli 
wyeliminować błędy wynikające z niedokładności źródeł referencyjnych i uczynić wynik 
pomiaru temperatury niezależnym od błędów pomiaru napięć.. 
 



  STANOWISKO DO BADANIA CZUJNIKÓW TEMPERATURY 

 

Na rysunku 6 przedstawiono schemat stanowiska laboratoryjnego, wykorzystywanego 

do  badania  stanu  dynamicznego  czujników  temperatury  LM35,  AD590,  AD22100  oraz 
Pt100. 

Do  zbudowania  stanowiska  pomiarowego  wykorzystano  wielofunkcyjne  multimetry 

firmy  Hewlett  Packard  HP34401A,  które  przy  pomocy  odpowiedniego  oprogramowania 
oraz interfejsu HP-IB (IEEE-488) pozwalają na współpracę z komputerem PC. Każdemu 
z multimetrów został przyporządkowany adres, przy pomocy którego jest on wywoływany 
przez  komputer.  Każdy  z  badanych  czujników  jest  podłączony  do  oddzielnego 
multimetru,  ten  z  kolei  do  wspólnego  komputera.  W  przypadku  czujnika  AD590 
dokonujemy  zamiany  prądu  na  napięcie  przy  pomocy  rezystora  o  wartości  10[k



]. 

Przyczyną zamiany są pojawiające się przy pomiarze prądu duże zakłócenia pochodzące 
od części cyfrowej (niska dokładność multimetru na zakresie prądowym). 

 
 

R

T 

I 



 



 

V

OUT 

V+ 



 



 



 



 



 

 

 











































C

mV

T

V

V

U

U

A

zas

out

5

.

22

375

.

1

5

 

7 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Rys. 6. Schemat stanowiska laboratoryjnego do badania stanu dynamicznego czujników 

temperatury LM35, AD590, AD22100 oraz Pt100 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Rys. 7. Wygląd płyty czołowej multimetru HP34401A – zaciski pomiarowe 

 



 

OBSŁUGA KALIBRATORA TEMPERATURY OMEGA CL523 

 
a)  Załączanie  przyrządu  -  klawisz  ON  (następuje  test  elementów  elektronicznych 

aparatury). 

b)  Wcisnąć  klawisz  OUT  (ESC),  załączyć  podświetlanie  wyświetlacza  klawisz  ON 

(LIGHT). 

c)  Klawiszem 4 (T/EL) przełączyć w tryb pomiarów wielkości elektrycznych. 
d)  Klawiszem  8  (SEL)  wybrać  pomiar  rezystancji  (Ohm),  przyrząd  sprawdza  sposób 

podłączenia czujnika PT100 (3 wire, 4 wire) i wyświetla aktualny sposób połączenia. 
Następnie wyświetlana jest wartość rezystancji czujnika w [



]. 

e)  Klawiszem  4  (T/EL)  przełączyć  w  tryb  pomiarów  wielkości  nieelektrycznych 

(temperatura). Wyświetlona zostanie aktualna temperatura w ºC (można przełączyć na 
st. F klawiszem 1 (C/F). 

f)  Wyłączenie przyrządu - jednocześnie wcisnąć i przytrzymać klawisze ON i OUT. 



 



 



 



 

5
V 

12V 

+ 

– 

– 

+ 

Wyświetlacz 

Klawisze 
funkcyjne

 

HP 34401A 

V+

 

GND

 

AD590 

10k



 

I

 

ZASILACZ 

#708 

HP-IB 

PC 

V+ 

Wyświetlacz

 

HP 34401A 

Klawisze 
funkcyjne

 

#712 



 

LM35 

G

N

D 

U

OU

T 

Wyświetlacz 

HP 34401A 

Klawisze 
funkcyjne

 

AD22100 



 



 

G

N

D 

V+ 

#725 

U

OU

T 

U

RE

F 

Wyświetlacz

 

HP 34401A 

Klawisze 
funkcyjne

 

Pt 100 

#720 



4W Sense/ 

  Ratio Ref

 

Wyświetla
cz 

HP 34401A 

Klawisze 
funkcyjne

 

1000V 

      

Max 

200V 

  

Max 

3A 

Terminals 

Front 
Rear 

I 

LO 

LO 

HI 

HI 

Input 
V 



  

 

8 



  OPIS OPROGRAMOWANIA W ŚRODOWISKU HP VEE 

 

Do  pomiarów  i  rejestracji  stanów  dynamicznych  wykorzystano  multimetry  HP34401A 

współpracujące  z  komputerem  przy  pomocy  oprogramowania  dostarczonego  przez  firmę 
Hewlett  Packard  (Visual  programming  with  HP  VEE).  Wygląd  programu  konfig.vee 
przedstawiono poniżej. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Rys. 8. Graficzna reprezentacja procesu pomiarowego w programie VEE – plik konfig.vee 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

9 

 

Przebieg ćwiczenia 

 

a)  Określić statyczne funkcje (teoretyczne) przetwarzania dla każdego czujnika. 

b)  Przeanalizować  sposób  podłączenia  czujników  zintegrowanych  do  aparatury 

pomiarowej. Przeanalizować sposób pomiaru temperatury każdym z czujników. 

c)  Zapoznanie  się  ze  środowiskiem  HP  VEE  służącym  do  analizy,  wizualizacji  i 

rejestracji danych pomiarowych poprzez interfejs GPIB (HPIB, IEEE-488). 

d)  Zapoznać  się  i  uruchomić  podgrzewacz  w  zbiorniku  wody  wraz  z  urządzeniem  do 

mieszania cieczy. Ustawić podgrzewanie wody na temperaturę ok. 40°C. 

e)  Przeprowadzić  ocenę  dokładności  wskazań  czujników  poprzez  porównanie  ze 

wskazaniami kalibratora temperatury (współpracującego z czujnikiem Pt100) w temp. 
otoczenia. 

f)  Korekcja 

czujników.  Wyznaczenie  rzeczywistych  współczynników  funkcji 

przetwarzania,  dla  poszczególnych  czujników  przez  odniesienie  do  pomiarów 
kalibratorem.  Pomiar  (statyczny)  temperatury  w  dwóch  różnych  punktach 
charakterystyki. Korekcja charakterystyki. 

g)  Wprowadzenie korekcji charakterystyki do funkcji w programie VEE (blok Formula). 

h)  Rejestracja stanów dynamicznych czujników, skok temperatury (szybkie nagrzewanie, 

schładzanie). Rejestracja odpowiedzi czujników. 

i)  Wyznaczanie  modelu  dynamicznego  poszczególnych  czujników  na  podstawie 

zarejestrowanych  przebiegów  dynamicznych  (I  i  II  rząd).  Identyfikacja  modelu 
czujników.