集成溫度傳感器AD590及其應(yīng)用
劉振全
摘要：介紹了集成溫度傳感器AD590，給出了AD590測(cè)量熱力學(xué)溫度、攝氏溫度、兩點(diǎn)溫度差、多點(diǎn)最低溫度、多點(diǎn)平均溫度的具體電路，并以節(jié)能型溫、濕度控制系統(tǒng)為例介紹了利用AD590測(cè)兩點(diǎn)溫差電路的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞： AD590；集成溫度傳感器；溫度差；
中圖分類號(hào)：TP368 TP212.11文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：：1006-883X（2003）03-0035-03
一、引言
集成溫度傳感器實(shí)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VBE與熱力 學(xué)溫度T和通過發(fā)射極電流I的下述關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè)：
式中，K—波爾茲常數(shù)； q—電子電荷絕對(duì)值。
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(diǎn)，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10mV/K，溫度0℃時(shí)輸出為0，溫度25℃時(shí)輸出2.982V。電流輸出型的靈敏度一般為1mA/K。
二、AD590簡(jiǎn)介
AD590是美國(guó)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、流過器件的電流（mA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)，即：
mA/K
式中： —流過器件（AD590）的電流，單位為mA；
T—熱力學(xué)溫度，單位為K。
2、AD590的測(cè)溫范圍為-55℃～+150℃。
3、AD590的電源電壓范圍為4V～30V。電源電壓可在4V~6V范圍變化，電流 變化1mA，相當(dāng)于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會(huì)被損壞。
4、輸出電阻為710MW。
5、精度高。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55℃～+150℃范圍內(nèi)，非線性誤差為±0.3℃。
三、AD590的應(yīng)用電路
1、基本應(yīng)用電路
圖1（a）是AD590的封裝形式，圖1（b）是AD590用于測(cè)量熱力學(xué)溫度的基本應(yīng)用電路。因?yàn)榱鬟^AD590的電流與熱力學(xué)溫度成正比，當(dāng)電阻R1和電位器R2的電阻之和為1kW時(shí)，輸出電壓VO隨溫度的變化為1mV/K。但由于AD590的增益有偏差，電阻也有誤差，因此應(yīng)對(duì)電路進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整的方法為：把AD590放于冰水混合物中，調(diào)整電位器R2，使VO=273.2mV?；蛟谑覝叵?25℃)條件下調(diào)整電位器,使VO=273.2+25=298.2（mV）。但這樣調(diào)整只可保證在0℃或25℃附近有較高精度。
2、攝氏溫度測(cè)量電路
如圖2所示，電位器R2用于調(diào)整零點(diǎn)，R4用于調(diào)整運(yùn)放LF355的增益。調(diào)整方法如下：在0℃時(shí)調(diào)整R2，使輸出VO=0，然后在100℃時(shí)調(diào)整R4使VO=100mV。如此反復(fù)調(diào)整多次，直至0℃時(shí)，VO=0mV，100℃時(shí)VO=100mV為止。最后在室溫下進(jìn)行校驗(yàn)。例如，若室溫為25℃，那么VO應(yīng)為25mV。冰水混合物是0℃環(huán)境，沸水為100℃環(huán)境。
要使圖2中的輸出為200mV/℃，可通過增大反饋電阻（圖中反饋電阻由R3與電位器R4串聯(lián)而成）來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外，測(cè)量華氏溫度（符號(hào)為℉）時(shí)，因華氏溫度等于熱力學(xué)溫度減去255.4再乘以9/5，故若要求輸出為1mV/℉，則調(diào)整反饋電阻約為180kW，使得溫度為0℃時(shí)， VO=17.8mV；溫度為100℃時(shí)，VO=197.8mV。AD581是高精度集成穩(wěn)壓器，輸入電壓最大為40V，輸出10V。
3、溫差測(cè)量電路及其應(yīng)用
(1). 電路與原理分析
<![endif]> 圖3是利用兩個(gè)AD590測(cè)量?jī)牲c(diǎn)溫度差的電路。在反饋電阻為100kW的情況下，設(shè)1#和2# AD590處的溫度分別為 （℃）和 （℃），則輸出電壓為 。圖中電位器R2用于調(diào)零。電位器R4用于調(diào)整運(yùn)放LF355的增益。
由基爾霍夫電流定律： 
（1）由運(yùn)算放大器的特性知： 
（2）
（3）調(diào)節(jié)調(diào)零電位器R2使： 
（4）
由（1）、（2）、（4）可得：
設(shè)：R4=90kW則有：
（5）
其中， 
為溫度差，單位為℃。
由式（5）知，改變 
的值可以改變VO的大小。
(2). 應(yīng)用舉例
以某節(jié)能型藥材倉(cāng)庫(kù)溫、濕度控制系統(tǒng)為例，若要求庫(kù)房溫度低于T℃，相對(duì)濕度低于A1B1%RH。則采取的兩種控制模式如下：
控制模式一：當(dāng)庫(kù)內(nèi)相對(duì)濕度高于A1B1%RH且?guī)焱鉁囟鹊陀赥℃時(shí)，進(jìn)行庫(kù)內(nèi)外通風(fēng)。這種方式是利用庫(kù)內(nèi)外濕度差進(jìn)行空氣的交換，以達(dá)到庫(kù)內(nèi)除濕的要求，其優(yōu)點(diǎn)是高效、節(jié)能、節(jié)省資金。但這種方式受到嚴(yán)格的控制。首先，庫(kù)外的相對(duì)濕度要低于庫(kù)內(nèi)的，它們之間的差要大于A2B2%RH，這樣才能有效保證及時(shí)地進(jìn)行庫(kù)內(nèi)的除濕。其次，庫(kù)內(nèi)庫(kù)外的溫度差要小于△T℃，這是因?yàn)?，如果在?kù)外溫度遠(yuǎn)高于庫(kù)內(nèi)溫度時(shí)進(jìn)行通風(fēng)，熱空氣進(jìn)入庫(kù)區(qū)后遇上冷空氣就會(huì)造成藥品、器材表面結(jié)露的現(xiàn)象，進(jìn)而影響藥品和器材的質(zhì)量。反之，如果在庫(kù)內(nèi)溫度遠(yuǎn)高于庫(kù)外溫度時(shí)進(jìn)行通風(fēng)，冷空氣進(jìn)入庫(kù)內(nèi)后也會(huì)在藥品器材表面結(jié)露。另外，庫(kù)外溫度不能接近T℃。這是因?yàn)椋绻麕?kù)外溫度接近T℃時(shí)進(jìn)行通風(fēng)，很可能使密閉的庫(kù)溫升高，從而超過溫度上限T℃。
控制模式二：當(dāng)溫度高于T℃或濕度高于A1B1%RH但不滿足第一種情況時(shí)，開啟冷凍空調(diào)機(jī)組進(jìn)行庫(kù)內(nèi)降溫除濕。
為避免因庫(kù)內(nèi)外溫差過大通風(fēng)時(shí)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(cè)溫差方法是對(duì)兩點(diǎn)溫度分別進(jìn)行處理（調(diào)理電路、A/D、運(yùn)算處理）后求差值，此方法所得溫差精度低。庫(kù)內(nèi)外溫差測(cè)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(jiǎn)化了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的可靠性。
4、N點(diǎn)最低溫度值的測(cè)量
將不同測(cè)溫點(diǎn)上的數(shù)個(gè)AD590相串聯(lián)，可測(cè)出所有測(cè)量點(diǎn)上的溫度最低值。
該方法可應(yīng)用于測(cè)量多點(diǎn)最低溫度的場(chǎng)合。
5、N點(diǎn)溫度平均值的測(cè)量
把N個(gè)AD590并聯(lián)起來(lái)，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(diǎn)平均溫度但不需要各點(diǎn)具體溫度的場(chǎng)合。
四、結(jié)束語(yǔ)
AD590測(cè)量熱力學(xué)溫度、攝氏溫度、兩點(diǎn)溫度差、多點(diǎn)最低溫度、多點(diǎn)平均溫度的具體電路，廣泛應(yīng)用于不同的溫度控制場(chǎng)合。由于AD590精度高、價(jià)格低、不需輔助電源、線性好，常用于測(cè)溫和熱電偶的冷端補(bǔ)償。
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作者簡(jiǎn)介：
劉振全：天津科技大學(xué)自動(dòng)化工程系講師，碩士研究生
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