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    集成溫度傳感器AD590及其應用

    2006-03-27

    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,并以節能型溫、濕度控制系統為例介紹了利用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和通過發射極電流I的下述關系實現對溫度的檢測 式中,K—波爾茲常數;          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)等于器件所處環境的熱力學溫度(開爾文)度數,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℃環境,沸水為100℃環境。 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串聯而成)來實現。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 以某節能型藥材倉庫溫、濕度控制系統為例,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且庫外溫度低于T℃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,其優點是高效、節能、節省資金。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,熱空氣進入庫區后遇上冷空氣就會造成藥品、器材表面結露的現象,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、器材表面結露的現象,必須嚴格控制系統溫差值的精度。傳統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,又簡化了系統的軟件設計,提高了系統的可靠性。 4、N點最低溫度值的測量 將不同測溫點上的數個AD590相串聯,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。 參考文獻: [1]  王福瑞.單片微機測控系統設計大全[M].北京:北京航空航天大學出版社,1998,282-283. [2]  王大海. 新型溫濕度自動控制系統的設計與應用[J].電子工程師, 2002,28(3):33-36. [3]  蔣敏蘭,胡生清,幸國全.AD590溫度傳感器的非線性補償及應用[J].傳感器技術,2001,20(10):54-55. [4]  張志利,蔡偉. 基于AD590的溫度測控裝置研究[J].自動化與儀器儀表, 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. 作者簡介: 劉振全:天津科技大學自動化工程系講師,碩士研究生 地址:天津科技大學自動化工程系(300222) 電話:022-28193681, 28172128 Email: lzq1972@163.com  


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