集成溫度傳感器AD590及其應用
劉振全
摘要：介紹了集成溫度傳感器AD590，給出了AD590測量熱力學溫度、攝氏溫度、兩點溫度差、多點最低溫度、多點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測兩點溫差電路的應用。
關鍵詞： AD590；集成溫度傳感器；溫度差；
中圖分類號：TP368 TP212.11文獻標識碼：A 文章編號：：1006-883X（2003）03-0035-03
一、引言
集成溫度傳感器實質上是一種半導體集成電路，它是利用晶體管的b-e結壓降的不飽和值VBE與熱力 學溫度T和通過發(fā)射極電流I的下述關系實現(xiàn)對溫度的檢測：
式中，K—波爾茲常數(shù)； q—電子電荷絕對值。
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，得到廣泛應用。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℃時輸出為0，溫度25℃時輸出2.982V。電流輸出型的靈敏度一般為1mA/K。
二、AD590簡介
AD590是美國模擬器件公司生產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—熱力學溫度，單位為K。
2、AD590的測溫范圍為-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，非線性誤差為±0.3℃。
三、AD590的應用電路
1、基本應用電路
圖1（a）是AD590的封裝形式，圖1（b）是AD590用于測量熱力學溫度的基本應用電路。因為流過AD590的電流與熱力學溫度成正比，當電阻R1和電位器R2的電阻之和為1kW時，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，因此應對電路進行調整。調整的方法為：把AD590放于冰水混合物中，調整電位器R2，使VO=273.2mV?；蛟谑覝叵?25℃)條件下調整電位器,使VO=273.2+25=298.2（mV）。但這樣調整只可保證在0℃或25℃附近有較高精度。
2、攝氏溫度測量電路
如圖2所示，電位器R2用于調整零點，R4用于調整運放LF355的增益。調整方法如下：在0℃時調整R2，使輸出VO=0，然后在100℃時調整R4使VO=100mV。如此反復調整多次，直至0℃時，VO=0mV，100℃時VO=100mV為止。最后在室溫下進行校驗。例如，若室溫為25℃，那么VO應為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）來實現(xiàn)。另外，測量華氏溫度（符號為℉）時，因華氏溫度等于熱力學溫度減去255.4再乘以9/5，故若要求輸出為1mV/℉，則調整反饋電阻約為180kW，使得溫度為0℃時， VO=17.8mV；溫度為100℃時，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、溫差測量電路及其應用
(1). 電路與原理分析
<![endif]> 圖3是利用兩個AD590測量兩點溫度差的電路。在反饋電阻為100kW的情況下，設1#和2# AD590處的溫度分別為 （℃）和 （℃），則輸出電壓為 。圖中電位器R2用于調零。電位器R4用于調整運放LF355的增益。
由基爾霍夫電流定律： 
（1）由運算放大器的特性知： 
（2）
（3）調節(jié)調零電位器R2使： 
（4）
由（1）、（2）、（4）可得：
設：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). 應用舉例
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A1B1%RH。則采取的兩種控制模式如下：
控制模式一：當庫內相對濕度高于A1B1%RH且?guī)焱鉁囟鹊陀赥℃時，進行庫內外通風。這種方式是利用庫內外濕度差進行空氣的交換，以達到庫內除濕的要求，其優(yōu)點是高效、節(jié)能、節(jié)省資金。但這種方式受到嚴格的控制。首先，庫外的相對濕度要低于庫內的，它們之間的差要大于A2B2%RH，這樣才能有效保證及時地進行庫內的除濕。其次，庫內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溫度時進行通風，熱空氣進入庫區(qū)后遇上冷空氣就會造成藥品、器材表面結露的現(xiàn)象，進而影響藥品和器材的質量。反之，如果在庫內溫度遠高于庫外溫度時進行通風，冷空氣進入庫內后也會在藥品器材表面結露。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，很可能使密閉的庫溫升高，從而超過溫度上限T℃。
控制模式二：當溫度高于T℃或濕度高于A1B1%RH但不滿足第一種情況時，開啟冷凍空調機組進行庫內降溫除濕。
為避免因庫內外溫差過大通風時藥品、器材表面結露的現(xiàn)象，必須嚴格控制系統(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（調理電路、A/D、運算處理）后求差值，此方法所得溫差精度低。庫內外溫差測量可采用圖3所示電路，利用溫差值直接與設定值相比較，既能保證較高的精度，又簡化了系統(tǒng)的軟件設計，提高了系統(tǒng)的可靠性。
4、N點最低溫度值的測量
將不同測溫點上的數(shù)個AD590相串聯(lián)，可測出所有測量點上的溫度最低值。
該方法可應用于測量多點最低溫度的場合。
5、N點溫度平均值的測量
把N個AD590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。
四、結束語
AD590測量熱力學溫度、攝氏溫度、兩點溫度差、多點最低溫度、多點平均溫度的具體電路，廣泛應用于不同的溫度控制場合。由于AD590精度高、價格低、不需輔助電源、線性好，常用于測溫和熱電偶的冷端補償。
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作者簡介：
劉振全：天津科技大學自動化工程系講師，碩士研究生
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