AD590测温电路及其应用

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1、AD590 测温电路及其应用摘 要：A D590是AD公司利用P N结正向电流与温度的关系制成的电流输出型 两端温度传感器。由于该器件具有良好的线性特性和互换性，因此测量精度高并 具有消除电源波动的特性。通过分析AD590的基本结构、主要性能以及基本工 作原理，介绍了该器件在温度检测中的广泛应用。关键词： A D 5 9 0 ； 集成温度传感器； 温度测量电路 ； 电流输出性AD590 Temperature Circuit and Its Application(Ren Guangmiao ，Shandong institute of Business and Technology，2640

2、05)Abstract: AD5 0 is the ADs use of PN junction forward current and temperature made the relationship between the current output-type at both ends of the temperature sensor. Because the device has Good linearity characteristics and interchangeability, so high accuracy, and has to eliminate the char

3、acteristics of power supply fluctuations. AD590 by analyzing the basic structure of the main performance And the basic working principle was introduced by the temperature detection device widely used.Key words: AD590; integrated temperature sensor; temperature measurement circuit; current output引言集成

4、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V与热力学温度T和通过发射极电流I的关系实现对温度的检 测。 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10 mV/K，温度0C时输出为0,温度25C时输出2.982 V。电流 输出型的灵敏度一般为 1 AK 。1 AD590 简介11 特性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 )测温范围-55C+150C；(2 )线性电流输出1卩A/ K；(

5、3 ) 线性度好，满刻度范围为0 .3C；(4 )电源电压范围430 V,当电源电压在510V之间，电压稳定度为1 %时, 所产生的误差只有土 0.01C；(5 )电阻采用激光修刻工艺，使在+ 25C ( 298.2K)时，器件输出298.2卩A：( 6 ) 功率损耗低。1.2 AD590 的工作原理AD590通过利用硅晶体管的基本性能来实现与温度成正比这一特性，二极 管的基本方程为：I = I s ( e qVbc / KT -1 )S. e qV / KT ( 1 )式中， I 通过二极管的电流I s 二极管的反向饱和电流V 二极管两端电压 (伏)bcq 电子电荷量，等于1.602 x 1

6、0 -19 (库)K常数，等于1.38 x 10-23 (焦耳/K )T绝对温度(K)由式 (1 ) 可知， I/ I s = eqVbc/KT ， 所以V = KT/ ql n I / I s = KT/ ql n J ( 2 )bc由式(2 )可知V 与绝对温度成正比，AD590就是根据式(2)工作的。bc圈1 AD590简化电踣图A D590 的简化电路如图 1 所示设T3、T4为理想三极管，将电流1丁分成两部电流I = I 。由8个和TC1C 2Tl 一样的三极管并联构成T2所以T l的电流密度JI是T2的电流密度J2的8倍，两个相同的三极管流过不同的集电极电流I时，其V 之差CBC与

7、绝对温度成正比，即：V = V - V = KT/ql n J l / J2 = K/q（1n8 ）T =179 x 10 -6 t （3）Tbc1bc2由式（3 ）可知，V与T成正比，V是T 2管射极电阻R上的压降，TT由式（3 ）可知，V与T成正比，V是T2管射极电阻R上的压降，由于V与TTT成正比所以通过R上的电流I必与绝对温度T成正比，因I = 2 I ，集成电C2TC2路中的总电流I必与T成正比。T设 R= 358 Q，I = 2 x （179X10 -6 /R ）TT所以 I / T =lr A/K （ 4 ）T这就是 A D5 9 0当温度改变 l 度 （ 绝对温度）获得 l A

8、 电流输出的，这就是把 温度转成电流的道理。2 A D 5 9 0的应用电路2.1 基本应用电路图2 测量热力学温度的基本应用电路如图2是AD590用于测量热力学温度的基本应用电 路。因为流过A D 5 9 0的电流与热力学温度成正比， 当电阻R1和电位器R P的电阻之和为1 k n时，输出 电压U0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,RP用于校准调整。调整的方法为：把AD590放于冰水混合物(273.15 K )中，调 整电位RP,使U0 = 273.15 mV。或在室温下(298.15条件下调整电位器使U0 = 273.2 + 25

9、 = 298 .2 m V。但这样调整只可保证在2 7 3. 1 5 K或2 9 8 .1 5 K附近 有较高精度。2.2模拟式摄氏温度测量电路如图3所示，电位器RP1用于调整零点，RP2用于调整运放的增益。调整方 法如下：在0C时调整RP1，使输出Uo = 0,然后在100C时调整RP2使Uo = 100 mV。如此反复调整多次，直至0C时，Uo = 0 m V, 100C 时Uo = 100 mV为止。最后在室温下进行校验。例如，若室温为25 C,那么Uo应为2 5 mV。冰水混合物是0C环境，沸水为100 C环境。2 .3 数字式温度测量电路AD590 虽是一种模拟温度传感器，但附加上一

10、些电路可输出数字信号。如 图4所示，是由AD590和A /D转换器7106组成的数字式温度测量电路。电位 器RP l用于调整基准电压，以达满度调节；RP2用于在0C时调零。当被测温 度变化时通过R的电流不同，使得A点电位发生相应变化，检测此电位即能检 测被测温度(AD590所在处温度)的高低。A点电位送入IC2的30脚，经7106处 理后，再送人显示电路驱动LED显示出被测温度。图 4 数字式温度测量电路图W温差则量电路“三2. 4温差测量电路及其应用2 .4 .1 温差测量原理分析图5是利用两个AD590测量两点温度 差的电路。两块AD590分别位于两个 被检测点B1、B2。B1，B2处的温

11、度分别为T1,T2,由图可得I =I -I =T1 T 2K ( Tl -T2 )。假设两块AD590有相同T的标度因子K T，运放的输出Uo为U o = - IR3 = K R3 ( T1 - T2 )可见，整个 电路总的标度因子为F =Uo/( Tl T2 ) = K R3, F值大小取决于R3。刚才假定了T两块感温器件具有相同的标度因子K，但实际上难免有差异，电路中设置电位T器 RP 通过隔离电阻 Rl 注入一个校正电流 L 以获得平稳的零位误差。由校正 前后的温度特性曲线可知，只有在某一温度T时，有1=0,此点常设在量程的中 间。2 .4 .2 应用举例(1) 以某节能型药材仓库温、湿

12、度控制系统为例，若要求库房温度低于TC, 相对湿度低于 A1B 1RH 。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TC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ATC,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

13、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TC。这是因为，如果库外温度接近TC时进行通风，很 可能使密闭的库温升高，从而超过温度上限 TC。控制模式二：当温度高于T C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

14、的软件设计， 提高了系统的可靠性。(2) 如图5所示的电路，运放的输出端Uo连接上报警电路，传感器B1设置在 警戒液面的位置，传感器B2设置在警戒液面上方较远的位置。这样即成为了一 种液位报警器。平时传感器B1、B2在相同的温度条件下调节电位器RP 1使运 放输出为零。当液面升高到警戒位时，传感器B1将会被液体淹没，由于液体温 度与环境温度不同，因此运放输出控制电压 Uo， 控制报警电路发出警报。2.5 N 点最低温度值的测量将不 同测 温 点 上 的数 个 ADS 9 0 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。2.6 N 点温度平均值的测量把 N 个

15、 A D 5 9 0 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。2.7 A D590在热电偶冷端补偿中的应用热电偶有热端和冷端，它所产生的电动势为两者的热电势之差，因此同环境 温度有关时，测量结果需要加以修正。利用AD5 9 0的线性温敏特性，可以给温 差电偶的参考端 ( 冷端)提供温度补偿，使热电偶的参考端在任何环境温度下仅 产生的0V电动势。补偿的基本原理如图6，补偿电路如图7所示。温差电個荊电谓示盍图(b冲卜爍示意00图6热电倜冷端补偿基本原理4-V15V图 7 热电倜的冷端温度补偿图中将热电偶的冷热两端等效成两个受温度控

16、制的电压源，即电压源的电动势随 温度而改变。其温度系数与电偶的塞贝克 ( Seebeck )系数相同。电偶参考端的温 度补偿，实际上就是在电偶的参考端人为的引入一个不受温度控制，且温度系数 相同而方向相反的电压源，从而使参考端的总电动势不再受到环境温度的影响。这里我们选用的是铁一一康铜温差电偶，它的测温范围为100 - 900C,在室温范 围内其塞贝克系数为52 R V /C。由图6中不难导出加到放大器A的输入电压 为：Vi =（ VB- 2.5 ）- V + V （ 5 ）ToT式中，V B为两端电压降,V为热电偶冷端所产生的热电势，V为热电偶热端ToT（测量端）所产生的热电势。合理的选择电

17、阻RA和RT的值，使满足C -2.5 -V =BTo0，即V i = V即加到放大器输入端的电压就是热电偶热端所产生的热电势，与T冷端电势无关，从而达到冷端补偿的目的。由于AD590和冷端放在一起，其产 生的电流与冷端温度成正比，此电流在上的压降抵消冷端误差电势，从而实现补 偿冷端误差。2.8 AD 5 9 0 的选用AD590 是一种模拟温度传感器， 但是无需附加的线性化电路来校准热敏电 阻的非线性。当要求电压（或电流）与温度之间呈线性关系时，它是迄今为止的最 佳选择。虽然新的数字输出温度传感器已经在许多应用中取代了模拟输出温度传 感器，但是模拟输出温度传感器在那些无需数字化输出的应用场合仍

18、然能够找到 其用武之地。 AD590 电流输出温度传感器在许多应用领域一直是很有活力的产 品。因为其高阻抗电流输出使它对长线传输的电压降落不敏感，这种器件经常用于远程温度检测。因为它能够检测-55C150C的 温度，并且具有+ 4 V30 V宽电压工作范围，它能用于多种多样的温度检测。 具体设汁时，可依据其特性参数选用。3. 结束语由于 AD590 精度高、价格低、不需辅助电源，线性好。基于该器件输出电 流与绝对温度成正比这种特性，对于温度测量的应用包括冷端补偿和离散补偿的 纠正，以及流速测量、标准流度或风力测定。 AD590 这一芯片适用于混合电路 及受保护环境的快速温度测量条件下。此外，

19、AD590 也可用于细微的传感应用 中。这一器件由于其高阻抗输出电路对长线路上电压压降较为敏感。根据其输出 特性，A D590的应用也是多元化的：电流可转换成一个CMOS多路（复用）器或 者供给电压也可转换成逻辑门输出。参考文献【1】黄贤武，郑筱霞传感器原理与应用【M】.成都:电子科技大学出版社,1996 .【2】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【3】逢玉台，王团部.集电温度传感器AD590及其应用【J】.国外电子元器件, 2002 , (6)：22-24【4】 王大海新型温湿度自动控制系统的设计与应用.电子工程师,2002 , 28 (3):22【5】张岩,胡秀芳.传感器应用技术【M】.福建:科学技术出版社,2006:2 36-237 .【6】丁镇生.传感器及传感技术应用【M】.北京:电子工业出版社1998:167-169 .