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研究生:陳聲宏
研究生(外文):Shen-Hung Chen
論文名稱:溫度感測精度之補償技術研究
論文名稱(外文):Research to improve the accuracy of the temperature sensing compensation
指導教授:黃顯川黃顯川引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:清雲科技大學
系所名稱:電機工程所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2011
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:54
中文關鍵詞:特性曲線精度補償溫度補償
外文關鍵詞:CharacteristicsAccuracy compensationTemperature compensation
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所有感測元件都有精度上的誤差問題,而感測器的價格也隨著精度要求而提高,早期有許多技術可提升感測器的精度,可惜大部分的補償技術都以硬體為主,在成本上負擔較重,經濟效益上並不理想,本研究目的在於利用低成本感測器達到提高精度效果。
近年來單晶片軟體技術日漸成熟,精度補償技術的應用亦越來越廣泛。我們利用溫度感測器AD590元件製作溫度感應裝置,將裝置輸出訊號放大後,經由SPCE061A單晶片微控制器將類比訊號轉換成數位訊號,並將結果顯示於4字元7段式顯示器上,所測得溫度與精準溫度計進行比較。
透過實驗我們可找出溫度精度誤差特性,以誤差特性建立數學模型描述AD590的非線性的特性。藉由線性、二階曲線及三階曲線等方式進行誤差進行補償探討,得出所需補償之參數值放入SPCE061A晶片微控制器進行AD590測量溫度之精度誤差補償,實驗效果驗證可有效地減少溫度精度誤差提高感測器精度。


Most of the sensing element has a precision error problem. Sensor accuracy requirements as the price increase. Many of the early technology can enhance the accuracy of sensors, but unfortunately most of the compensation techniques to hardware mainly in the heavy cost burden, cost-effectiveness is not ideal. This study focuses on how to use low-cost sensors for precision correction in order to achieve high-precision results.
Components produced using temperature sensor AD590 temperature sensors. The device output signal is amplified by the single-chip microcontroller SPCE061A will convert analog signals into digital signals and display the results on the 4-character 7-segment display. The measured temperature with the thermometer was accurate to compare.
Through experiments we find the temperature accuracy error characteristics, error characteristics of a mathematical model to describe the nonlinear characteristics of AD590.By linear, quadratic curve.Third-order curve to explore ways to compensate for the error. Obtained the required parameter values into the compensation of the chip micro-controller SPCE061A AD590 precision of temperature measurement error compensation.The experimental results verify that effectively reduce the temperature improve sensor precision accuracy error.


中文摘要……………………………………………………………………………… i
英文摘要……………………………………………………………………………… ii
誌謝…………………………………………………………………………………… iii
目錄…………………………………………………………………………………… iv
表目錄………………………………………………………………………………… v
圖目錄………………………………………………………………………………… vi
第一章 緒論……………………………………………………………………………1
1.1 前言 ……………………………………………………………………… 1
1.2 研就動機……………………………………………………………………2
1.3 研就方法與目的……………………………………………………………2
1.4 論文架構……………………………………………………………………3
1.5 文獻回顧……………………………………………………………………4
第二章 溫度精度誤差補償探討………………………………………………………5
2.1 溫度補償技術………………………………………………………………5
2.1.1 線性型誤差…………………………………………………………5
2.1.2 非線性型誤差………………………………………………………6
2.1.3 並聯式溫度補償原理………………………………………………6
2.1.4 橋氏溫度補償法……………………………………………………7
2.1.5 軟體補償法…………………………………………………………8
2.1.5.1 ɣ補償…………………………………………………… 8
2.1.5.2 近似曲線…………………………………………………9
2.2 數學模型建立………………………………………………………………9
2.2.1 線性…………………………………………………………………10
2.2.2 二次曲線……………………………………………………………10
2.2.2 三次曲線……………………………………………………………11
2.3 最佳轉折點…………………………………………………………………13
2.3.1 二次曲線……………………………………………………………13
2.3.2 三次曲線……………………………………………………………14
2.4 結論…………………………………………………………………………15
第三章 溫度感測器介紹………………………………………………………………16
3.1 感測器原理…………………………………………………………………16
3.2 感測器的種類………………………………………………………………17
3.3 溫度感測器簡介……………………………………………………………18
3.3.1 溫度感測器的定義…………………………………………………18
3.3.2 溫度感測器的分類…………………………………………………19
3.4 常見溫度感測器……………………………………………………………19
3.4.1 熱電偶………………………………………………………………19
3.4.2 電阻式溫度感測器…………………………………………………20
3.4.3 熱電阻溫度感測器…………………………………………………21
3.5 常見溫度感測器產品………………………………………………………21
3.5.1 LM34……………………………………………………………… 21
3.4.3 DS 1620…………………………………………………………… 22
3.6 感測元件A D 5 9 0簡介………………………………………………… 23
3.7 AD590感測器原理………………………………………………………… 23
3.7.1 半導體溫度感測器…………………………………………………23
3.8 AD590溫度感測器電路…………………………………………………… 24
3.8.1 電路分析……………………………………………………………24
3.8.2 AD 590簡介輸出電壓………………………………………………25
3.9 AD590溫度與電流的換算…………………………………………………26
3.10 結論……………………………………………………………………… 26
第四章 溫度感測實驗………………………………………………………………… 27
4.1 溫度感測器實體電路設計…………………………………………………27
4.1.1 AD590負載電阻選用………………………………………………27
4.1.2 減法器應用原理……………………………………………………28
4.1.3 凱氏溫度轉換攝氏溫度……………………………………………29
4.1.4 非反相放大器應用原理……………………………………………30
4.1.5 實驗硬體設計………………………………………………………31
4.2 ADC轉換裝置……………………………………………………………… 32
4.2.1 軟體…………………………………………………………………32
4.2.2 硬體…………………………………………………………………34
4.3 AD590精度測量……………………………………………………………35
4.4 結論…………………………………………………………………………36
第五章 精度誤差補償………………………………………………………………… 37
5.1 零點補償法…………………………………………………………………37
5.2 線性誤差補償法……………………………………………………………38
5.2.1 誤差斜率……………………………………………………………38
5.2.2 一階精度補償………………………………………………………38
5.2.3 單段線性誤差補償…………………………………………………39
5.2.4 分段線性誤差補償…………………………………………………40
5.3 二次曲線誤差補償法………………………………………………………40
5.3.1 二次曲線誤差補償法………………………………………………40
5.3.2 最佳轉折點…………………………………………………………42
5.3.3 分段二次曲線誤差補償法…………………………………………43
5.4 三次曲線誤差補償法………………………………………………………44
5.5 精度誤差補償實驗…………………………………………………………46
5.5.1 單段線性誤差補償…………………………………………………47
5.5.2 分段線性誤差補償…………………………………………………47
5.5.3 二次曲線誤差補償…………………………………………………48
5.5.4 分段二次曲線誤差補償……………………………………………49
5.5.5 三次曲線誤差補償…………………………………………………49
5.6 各種數學模型的比較………………………………………………………50
5.6.1 各數學模型比較……………………………………………………50
5.6.2 各數學模型數據比較………………………………………………51
5.7 結論…………………………………………………………………………51
第六章 結論與未來研究方向………………………………………………………… 52
參考文獻………………………………………………………………………………53
簡 歷……………………………………………………………………………………55


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12.陳鴻鑫,「溫度感測器之研究」,國立彰化師範大學碩士論文,2009
13.陸亭州,「薄膜電晶體的溫度係數模型以及玻璃基板上具溫度補償功能之參考電壓電路」,國立交通大學碩士論文,2007
14.彭友均,「低供應電壓敏感之高精度智慧型溫度感測器」,國立台灣科技大學碩士論文,2009
15.楊育昇,「具曲率校正功能之互補式金氧半時域智慧型溫度感測器」,國立高雄第一科技大學碩士論文,2010
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17.羅允中,「新式高精準度互補式金氧半導體電路之溫度感測器的設計」,國立東華大學碩士論文,2006
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24.AD590 Data Sheet. National Semiconductor Corporation. [Online]. Available: http://www.national.com
25.LM324 Data Sheet . Available: http://www.waveshare.net
26.LM34 Data Sheet,Available :http://www.playrobot.com
27.IC Temperature Sensor Accuracy Compensation with a PICmicro® Microcontroller Available: http://www.microchip.com


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