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    集成温度传感器AD590及其应用

    2006-03-27

    集成温度传感器AD590及其应用
    刘振全 摘要:介绍了集成温度传感器AD590,给出了AD590测量热力学温度、摄氏温度、两点温度差、多点最低温度、多点平均温度的具体电路,并以节能型温、湿度控制系统为例介绍了利用AD590测两点温差电路的应用。 关键词: AD590;集成温度传感器;温度差; 中图分类号:TP368  TP212.11文献标识码:A   文章编号::1006-883X(2003)03-0035-03  一、引言 集成温度传感器实质上是一种半导体集成电路,它是利用晶体管的b-e结压降的不饱和值VBE与热力 学温度T和通过发射极电流I的下述关系实现对温度的检测 式中,K—波尔兹常数;          q—电子电荷绝对值。 集成温度传感器具有线性好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便等优点,得到广泛应用。集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。电压输出型的灵敏度一般为10mV/K,温度0℃时输出为0,温度25℃时输出2.982V。电流输出型的灵敏度一般为1mA/K。 二、AD590简介 AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下: 1、流过器件的电流(mA)等于器件所处环境的热力学温度(开尔文)度数,即: mA/K 式中: —流过器件(AD590)的电流,单位为mA;        T—热力学温度,单位为K。 2、AD590的测温范围为-55℃~+150℃。 3、AD590的电源电压范围为4V~30V。电源电压可在4V~6V范围变化,电流 变化1mA,相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压,因而器件反接也不会被损坏。 4、输出电阻为710MW。 5、精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档,其中M档精度最高,在-55℃~+150℃范围内,非线性误差为±0.3℃。 三、AD590的应用电路 1、基本应用电路       图1(a)是AD590的封装形式,图1(b)是AD590用于测量热力学温度的基本应用电路。因为流过AD590的电流与热力学温度成正比,当电阻R1和电位器R2的电阻之和为1kW时,输出电压VO随温度的变化为1mV/K。但由于AD590的增益有偏差,电阻也有误差,因此应对电路进行调整。调整的方法为:把AD590放于冰水混合物中,调整电位器R2,使VO=273.2mV。或在室温下(25℃)条件下调整电位器,使VO=273.2+25=298.2(mV)。但这样调整只可保证在0℃或25℃附近有较高精度。 2、摄氏温度测量电路 如图2所示,电位器R2用于调整零点,R4用于调整运放LF355的增益。调整方法如下:在0℃时调整R2,使输出VO=0,然后在100℃时调整R4使VO=100mV。如此反复调整多次,直至0℃时,VO=0mV,100℃时VO=100mV为止。最后在室温下进行校验。例如,若室温为25℃,那么VO应为25mV。冰水混合物是0℃环境,沸水为100℃环境。 要使图2中的输出为200mV/℃,可通过增大反馈电阻(图中反馈电阻由R3与电位器R4串联而成)来实现。另外,测量华氏温度(符号为℉)时,因华氏温度等于热力学温度减去255.4再乘以9/5,故若要求输出为1mV/℉,则调整反馈电阻约为180kW,使得温度为0℃时, VO=17.8mV;温度为100℃时,VO=197.8mV。AD581是高精度集成稳压器,输入电压最大为40V,输出10V。 3、温差测量电路及其应用 (1). 电路与原理分析 <![endif]> 图3是利用两个AD590测量两点温度差的电路。在反馈电阻为100kW的情况下,设1#和2# AD590处的温度分别为 (℃)和 (℃),则输出电压为 。图中电位器R2用于调零。电位器R4用于调整运放LF355的增益。 由基尔霍夫电流定律:                (1)由运算放大器的特性知:                                   (2)

    (3)调节调零电位器R2使:             

    (4)

    由(1)、(2)、(4)可得: 设:R4=90kW则有:  (5) 其中, 为温度差,单位为℃。 由式(5)知,改变 的值可以改变VO的大小。 (2). 应用举例 以某节能型药材仓库温、湿度控制系统为例,若要求库房温度低于T℃,相对湿度低于A1B1%RH。则采取的两种控制模式如下:       控制模式一:当库内相对湿度高于A1B1%RH且库外温度低于T℃时,进行库内外通风。这种方式是利用库内外湿度差进行空气的交换,以达到库内除湿的要求,其优点是高效、节能、节省资金。但这种方式受到严格的控制。首先,库外的相对湿度要低于库内的,它们之间的差要大于A2B2%RH,这样才能有效保证及时地进行库内的除湿。其次,库内库外的温度差要小于△T℃,这是因为,如果在库外温度远高于库内温度时进行通风,热空气进入库区后遇上冷空气就会造成药品、器材表面结露的现象,进而影响药品和器材的质量。反之,如果在库内温度远高于库外温度时进行通风,冷空气进入库内后也会在药品器材表面结露。另外,库外温度不能接近T℃。这是因为,如果库外温度接近T℃时进行通风,很可能使密闭的库温升高,从而超过温度上限T℃。       控制模式二:当温度高于T℃或湿度高于A1B1%RH但不满足第一种情况时,开启冷冻空调机组进行库内降温除湿。       为避免因库内外温差过大通风时药品、器材表面结露的现象,必须严格控制系统温差值的精度。传统的测温差方法是对两点温度分别进行处理(调理电路、A/D、运算处理)后求差值,此方法所得温差精度低。库内外温差测量可采用图3所示电路,利用温差值直接与设定值相比较,既能保证较高的精度,又简化了系统的软件设计,提高了系统的可靠性。 4、N点最低温度值的测量 将不同测温点上的数个AD590相串联,可测出所有测量点上的温度最低值。 该方法可应用于测量多点最低温度的场合。 5、N点温度平均值的测量 把N个AD590并联起来,将电流求和后取平均,则可求出平均温度。 该方法适用于需要多点平均温度但不需要各点具体温度的场合。 四、结束语       AD590测量热力学温度、摄氏温度、两点温度差、多点最低温度、多点平均温度的具体电路,广泛应用于不同的温度控制场合。由于AD590精度高、价格低、不需辅助电源、线性好,常用于测温和热电偶的冷端补偿。 参考文献: [1]  王福瑞.单片微机测控系统设计大全[M].北京:北京航空航天大学出版社,1998,282-283. [2]  王大海. 新型温湿度自动控制系统的设计与应用[J].电子工程师, 2002,28(3):33-36. [3]  蒋敏兰,胡生清,幸国全.AD590温度传感器的非线性补偿及应用[J].传感器技术,2001,20(10):54-55. [4]  张志利,蔡伟. 基于AD590的温度测控装置研究[J].自动化与仪器仪表, 2001, (2):37-39. [5]Zhao Yongzhong etc. ZWB-2 intelligent multimeter, Intelligent Processing Systems, 1997. ICIPS ’97. 1997 IEEE International Conference  ,1997,2:1470-1472. 作者简介: 刘振全:天津科技大学自动化工程系讲师,硕士研究生 地址:天津科技大学自动化工程系(300222) 电话:022-28193681, 28172128 Email: lzq1972@163.com  


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