集成溫度傳感器AD590的應(yīng)用

1、AD590測溫電路及其應(yīng)用引言集成溫度傳感器實質(zhì)上是一種半導(dǎo)體集成電路，它是利用晶體管的b - e結(jié)壓降的不飽和值V與熱力學(xué)溫度T和通過發(fā)射極電流I的關(guān)系實現(xiàn)對溫度的檢測。集成溫度傳感器具有線性好、精度適中、靈敏度高、體積小、使用方便等優(yōu)點，得到廣泛應(yīng)用。集成溫度傳感器的輸出形式分為電壓輸出和電流輸出兩種。電壓輸出型的靈敏度一般為 10 mVK ，溫度0時輸出為0，溫度25時輸出2.982 V。電流輸出型的靈敏度一般為 1AK 。1 AD590簡介11 特性AD590是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下：( 1 ) 測溫范圍- 55+l50；( 2 ) 線性電流輸出

2、lA K；( 3 ) 線性度好，滿刻度范圍為0 .3；( 4 ) 電源電壓范圍4 30 V，當(dāng)電源電壓在5 10V之間，電壓穩(wěn)定度為l 時，所產(chǎn)生的誤差只有0.01；( 5 ) 電阻采用激光修刻工藝，使在+ 25 ( 298.2K) 時，器件輸出298.2A：( 6 ) 功率損耗低。1.2 AD590的工作原理AD590通過利用硅晶體管的基本性能來實現(xiàn)與溫度成正比這一特性，二極管的基本方程為：I = I s ( e-1 ) I se ( 1 )式中，I 通過二極管的電流I s 二極管的反向飽和電流V二極管兩端電壓 (伏)q 電子電荷量，等于 1.60210 (庫)K常數(shù)，等于 1.38 10

3、(焦耳K )T絕對溫度 ( K )由式 (1 ) 可知，II s = e ， 所以V = KTql n I / I s = KTql n J ( 2 )由式 ( 2 ) 可知V與絕對溫度成正比，AD590就是根據(jù)式(2 )工作的。設(shè)T3、T4為理想三極管，將電流 I分成兩部電流I = I。由8個和Tl一樣的三極管并聯(lián)構(gòu)成 T2所以T l 的電流密度JI 是 T2的電流密度J2的8倍，兩個相同的三極管流過不同的集電極電流I時，其V之差與絕對溫度成正比，即：V= V- V= KTql n J lJ2 = Kq( 1n8 )T =17910T (3)由式 ( 3 ) 可知，V與T成正比， V是T 2

4、管射極電阻R上的壓降，由 于V與成正比，A D590的簡化電路如圖1所示由式 ( 3 ) 可知，V與T成正比，V是T2管射極電阻R上的壓降，由于V與成正比所以通過R上的電流I必與絕對溫度T成正比，因I= 2 I，集成電路中的總電流I必與T成正比。設(shè)R= 358，I= 2(17910R )T所以I/ T =lAK ( 4 )這就是 A D5 9 0當(dāng)溫度改變 l 度 ( 絕對溫度)獲得 l A電流輸出的，這就是把溫度轉(zhuǎn)成電流的道理。2 A D 5 9 0的應(yīng)用電路2.1基本應(yīng)用電路如圖2是AD590用于測量熱力學(xué)溫度的基本應(yīng)用電路。因為流過A D 5 9 0的電流與熱力學(xué)溫度成正比，當(dāng)電阻R1和

5、電位器 R P的電阻之和為1 k n時，輸出電壓U0隨溫度的變化為1mVK。但由于AD590的增益有偏差，電阻也有誤差，因此應(yīng)對電路進行調(diào)整，圖2測量熱力學(xué)溫度的基本應(yīng)用電路RP用于校準(zhǔn)調(diào)整。調(diào)整的方法為：把AD590放于冰水混合物( 273.15 K )中，調(diào)整電位RP，使U0 = 273.15 mV。或在室溫下( 298.15條件下調(diào)整電位器使U0 = 273.2 + 25 = 298 .2 m V。但這樣調(diào)整只可保證在 2 7 3. 1 5 K或2 9 8 .1 5 K附近有較高精度。2.2模擬式攝氏溫度測量電路如圖3 所示，電位器RP1用于調(diào)整零點，RP2用于調(diào)整運放的增益。調(diào)整方法如

6、下： 在0時調(diào)整 RP1，使輸出Uo = 0，然后在 100時調(diào)整 RP2使Uo = 100 mV。如此反復(fù)調(diào)整多次，直至0時，Uo = 0 m V，100 時Uo = 100 mV為止。最后在室溫下進行校驗。例如，若室溫為25 ，那么Uo應(yīng)為2 5 mV。冰水混合物是 0環(huán)境，沸水為100 環(huán)境。圖3模擬式攝氏溫度測量電路2 .3數(shù)字式溫度測量電路AD590雖是一種模擬溫度傳感器，但附加上一些電路可輸出數(shù)字信號。如圖4所示，是由AD590和A /D轉(zhuǎn)換器7106組成的數(shù)字式溫度測量電路。電位器RP l用于調(diào)整基準(zhǔn)電壓， 以達滿度調(diào)節(jié)；RP2 用于在0時調(diào)零。當(dāng)被測溫度變化時通過R的電流不同，

7、使得A點電位發(fā)生相應(yīng)變化，檢測此電位即能檢測被測溫度( AD590所在處溫度)的高低。A點電位送入IC2的30腳，經(jīng)7106 處理后，再送人顯示電路驅(qū)動LED顯示出被測溫度。圖4數(shù)字式溫度測量電路2. 4溫差測量電路及其應(yīng)用2 .4 .1溫差測量原理分析圖5是利用兩個AD590測量兩點溫度差的電路。兩塊AD590分別位于兩個被檢測點 B1、 B2。B1，B2處的溫度分別為T1,T2，由圖可得I =I-I= K( Tl -T2 )。假設(shè)兩塊AD590有相同圖5溫差測量電路的標(biāo)度因子K T ，運放的輸出Uo為U o = - IR3 = KR3 ( T1 - T2 ) 可見，整個電路總的標(biāo)度因子為F

8、 =Uo/( Tl T2 ) = KR3，F(xiàn)值大小取決于R3。剛才假定了兩塊感溫器件具有相同的標(biāo)度因子K，但實際上難免有差異，電路中設(shè)置電位器RP通過隔離電阻 Rl注入一個校正電流 L 以獲得平穩(wěn)的零位誤差。由校正前后的溫度特性曲線可知，只有在某一溫度 T時，有I=0 , 此點常設(shè)在量程的中間。2 .4 .2應(yīng)用舉例（1）以某節(jié)能型藥材倉庫溫、 濕度控制系統(tǒng)為例，若要求庫房溫度低于T，相對濕度低于A1B 1RH 。則采取的兩種控制模式如下：控制模式一：當(dāng)庫內(nèi)相對濕度高于A1B1RH且?guī)焱鉁囟鹊陀赥時，進行庫內(nèi)外通風(fēng)。這種方式是利用庫內(nèi)外濕度差進行空氣的交換，以達到庫內(nèi)除濕的要求，其優(yōu)點是高效、

9、節(jié)能、節(jié)省資金。但這種方式受到嚴(yán)格的控制。首先，庫外的相對濕度要低于庫內(nèi)的，它們之間的差要大于A2B2RH，這樣才能有效保證及時地進行庫內(nèi)的除濕。其次，庫內(nèi)庫外的溫度差要小于T，這是因為，如果在庫外溫度遠高于庫內(nèi)溫度時進行通風(fēng)，熱空氣進入庫區(qū)后遇上冷空氣就會造成藥品、器材表面結(jié)露的現(xiàn)象進而影響藥品和器材的質(zhì)量。反之，如果在庫內(nèi)溫度遠高于庫外溫度時進行通風(fēng)，冷空氣進入庫內(nèi)后也會在藥品器材表面結(jié)露。另外，庫外溫度不能接近T。這是因為，如果庫外溫度接近T時進行通風(fēng)，很可能使密閉的庫溫升高，從而超過溫度上限T?？刂颇Ｊ蕉?：當(dāng)溫度 高于 T 或濕度高于 A1B1RH但不滿足第一種情況時，開啟冷凍空調(diào)機

10、組進行庫內(nèi)降溫除濕。為避免因庫內(nèi)外溫差過大通風(fēng)時藥品、 器材表面結(jié)露的現(xiàn)象，必須嚴(yán)格控制系統(tǒng)溫差值的精度。傳統(tǒng)的測溫差方法是對兩點溫度分別進行處理(調(diào)理 電路、AD、運算處理)后求差值，此方法所得溫差精度低。庫內(nèi)外溫差測量可采用圖3所示電路，利用溫差值直接與設(shè)定值相比較，既能保證較高的精度，又簡化了系統(tǒng)的軟件設(shè)計， 提高了系統(tǒng)的可靠性。（2）如圖5所示的電路，運放的輸出端Uo連接上報警電路，傳感器B1設(shè)置在警戒液面的位置，傳感器B2設(shè)置在警戒液面上方較遠的位置。這樣即成為了種液位報警器。平時傳感器 B1、B2在相同的溫度條件下調(diào)節(jié)電位器RP l使運放輸出為零。當(dāng)液面升高到警戒位時，傳感器B1將

11、會被液體淹沒，由于液體溫度與環(huán)境溫度不同，因此運放輸出控制電壓Uo， 控制報警電路發(fā)出警報。2.5 N點最低溫度值的測量將不 同測 溫 點 上 的數(shù) 個 ADS 9 0相串聯(lián)，可測出所有測量點上的溫度最低值。該方法可應(yīng)用于測量多點最低溫度的場合。2.6 N點溫度平均值的測量把 N個 A D 5 9 0并聯(lián)起來，將電流求和后取平均， 則可求出平均溫度。該方法適用于需要多點平均溫度但不需要各點具體溫度的場合。2.7 A D590在熱電偶冷端補償中的應(yīng)用熱電偶有熱端和冷端，它所產(chǎn)生的電動勢為兩者的熱電勢之差，因此同環(huán)境溫度有關(guān)時，測量結(jié)果需要加以修正。利用AD5 9 0的線性溫敏特性，可以給溫差電偶

12、的參考端 ( 冷端)提供溫度補償，使熱電偶的參考端在任何環(huán)境溫度下僅產(chǎn)生的0 V電動勢。補償?shù)幕驹砣鐖D6 ， 補償電路如圖7所示。圖6熱電倜冷端補償基本原理圖7熱電倜的冷端溫度補償圖中將熱電偶的冷熱兩端等效成兩個受溫度控制的電壓源，即電壓源的電動勢隨溫度而改變。其溫度系數(shù)與電偶的塞貝克 ( Seebeck )系數(shù)相同。電偶參考端的溫度補償，實際上就是在電偶的參考端人為的引入一個不受溫度控制，且溫度系數(shù)相同而方向相反的電壓源，從而使參考端的總電動勢不再受到環(huán)境溫度的影響。這里我們選用的是鐵康銅溫差電偶，它的測溫范圍為100 - 900，在室溫范圍內(nèi)其塞貝克系數(shù)為52 V /。由圖6中不難導(dǎo)出

13、加到放大器 A的輸入電壓為：Vi =( VB- 2.5 )- V+ V ( 5 )式中，V B為兩端電壓降,V為熱電偶冷端所產(chǎn)生的熱電勢，V為熱電偶熱端 (測量端)所產(chǎn)生的熱電勢。合理的選擇電阻RA和RT的值，使?jié)M足C-2.5 -V= 0 ，即V i = V即加到放大器輸入端的電壓就是熱電偶熱端所產(chǎn)生的熱電勢，與冷端電勢無關(guān)，從而達到冷端補償?shù)哪康?。由于AD590和冷端放在一起，其產(chǎn)生的電流與冷端溫度成正比，此電流在上的壓降抵消冷端誤差電勢，從而實現(xiàn)補償冷端誤差。2.8 AD 5 9 0的選用AD590是一種模擬溫度傳感器， 但是無需附加的線性化電路來校準(zhǔn)熱敏電阻的非線性。當(dāng)要求電壓(或電流)與溫度之間呈線性關(guān)系時，它是迄今為止的最佳選擇。雖然新的數(shù)字輸出溫度傳感器已經(jīng)在許多應(yīng)用中取代了模擬輸出溫度傳感器，但是模擬輸出溫度傳感器在那些無需數(shù)字化輸出的應(yīng)用場合仍然能夠找到其用武之地。AD590電流輸出溫度傳感器在許多應(yīng)用領(lǐng)域一直是很有活力的產(chǎn)品。因為其高阻抗電流輸出使它對長線傳輸?shù)碾妷航德洳幻舾?，這種器件經(jīng)常用于遠程溫度檢測。因為它能夠檢測 - 55150的溫度，并且具有+ 4 V30 V寬電壓工作范圍，它能用于多種多樣的溫度檢測。具體設(shè)汁時，可依據(jù)其特性參數(shù)選用。3. 結(jié)束語由于AD590精度高、價格低