AD590测温电路及其应用

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 Applicati on(Ren Guan gmiao ， Shandong in stitute of Busin ess and Tech no logy， 26

2、4005)Abstract: AD5 0 is the AD's use of PN jun cti on forward curre nt and temperature made the relati on ship betwee n the curre nt output-type at both ends of the temperature sen sor. Because the device has Good linearity characteristics and interchangeability, so high accuracy, and has to eli

3、m in ate the characteristics of power supply fluctuati ons. AD590 by an alyz ing the basic structure of the main performa nee And the basic worki ng prin ciple was in troduced by the temperature detect ion device widely used.Key words: AD590; in tegrated temperature sen sor; temperature measureme nt

4、 circuit; curre nt output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/K 。1AD590简介1. 1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-55 C +1

5、50 C;(2 )线性电流输出2 A/ K ;(3 )线性度好，满刻度范围为土0 .3C;(4 )电源电压范围4 30 V，当电源电压在 5 10V之间，电压稳定度为I %时，所产生的误差只有土 0.01 C；(5 )电阻采用激光修刻工艺，使在 + 25 C ( 298.2K)时，器件输出298.2A:(6 )功率损耗低。1.2AD590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qVbc / KT-1 )程为：qV / KT e式中，I 通过二极管的电流Is 二极管的反向饱和电流Vbc 二极管两端电压(伏)19q 电子电荷量，等于 1.602 00

6、 一(库)K常数，等于1.3810 23 (焦耳/ K )T绝对温度(K )由式(1 )可知，I/1 s = eqVbc/KT ,所以Vbc = KT /q l n I / I s = KT /q l n J ( 2 )!兀旳计3牡蔔 A D590的简化电路如图1所示设T3、T4为理想三极管，将电流IT分成两部电lc 2。由8个和Tl 一样的三极管并联构成T2所以由式（3 ）可知，VT与T成正比，VT是T2管射极电阻R上的压密度由于是VT2与成正流密度J2的8倍，两个相以通过R上的电流lC2必与绝对温度T成正比，因IT = 2 I C2，集管流过路同的总集电极电流必与c时，其Vbc之差与T成正

7、比。设 R= 358 门,It = 2 (179 X 10 - /R ) T成正比，即：Vt = V bci- Vbc2 = KT /q l n J I/J2 = K/q (所以 It / T =1/K ( 4 )6/小、=179 10 一 T 这就是A D5 9 0当温度改变I度（绝对温度）获得I A电流输出的，这就是把温度转成电流的道理。2 AD5 90的应用电路2.1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 AD590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

8、图2测量热力学温度的基本应用电路增益有偏差，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 = 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

9、 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R3RP1O +15VUc如，若室温为25 C,那么Uo应 为2 5 mV。冰水混合物是 0 C环 境，沸水为100 C环境。O-J5V图3模拟式摄氏温度测量电路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 I用于调整基准电R的电流不同，使得压，以达满度调节；RP2用于在0 C时调零。当被测温度变化时通过A点电位发生相应变化， 检测此电

10、位即能检测被测温度 （AD590所在处温度）的高低。A点电LED显示出被测温度。位送入IC2的30脚，经7106处理后，再送人显示电路驱动图4数字式温度测量电路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是利用两个差的电路。两块被检测点B1、AD590测量两点温度AD590分别位于两个B2。B1，B2处的温度分别为T1,T2，由图可得I =IT1-|T2 =图5温差测量电路Kt ( Tl -T2 )。假设两块 AD590有相同t R3 ( T1 - T2 ) 可见，整个电路总的标R3。刚才假定了两块感温器件具有相同的标度因子K T ，运放的输出Uo为U o = - IR3 =

11、 K度因子为F =Uo/( Tl2 ) = K t R3, F值大小取决于的标度因子Kt，但实际上难免有差异，电路中设置电位器RP通过隔离电阻 RI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I=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、湿度控制系统为例，若要求库房温度低于TC,相对湿度低于A1B 1 % 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 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

12、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 TC,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 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，

13、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。（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 I使运放输出为零。当液面升高到警

14、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。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

15、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0 V电动势。补偿的基本原理如图6，补偿电路如图7所示。B （罢考舞）A（测翟緒）且芒电個图6热电倜冷端补偿基本原理4-V15V图中将热电偶的冷热两端等效成两个受温度控制的电压源，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 - 900 C,在室温范围内其塞贝克系数为

16、52V/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 To + V （ 5 ）式中，V B为两端电压降,VTo为热电偶冷端所产生的热电势，V为热电偶热端（测量端）所产生的热电势。合理的选择电阻 RA和RT的值，使满足Cb -2.5 -V to = 0，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

17、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-55 C150 C的温度，并且具有+ 4 V30V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， 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 :