温度传感器AD590运用
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；
Integrated Temperature Sensor AD590 And Its Applications
Abstract: The Integrated temperature sensor AD590 is introduced and the concrete circuit for measuring some kinds of temperature is given at the same time, such as thermodynamic temperature, Celsius, temperature, temperature difference, the lowest temperature, the average temperature and so on. The applying circuit for measuring the temperature difference is introduced in the economic system of temperature and humidity measurement.
Keywords: AD590; Integrated Temperature Sensor; Temperature difference
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：
式中：Ir—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
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t1（℃）和t2（℃），则输出电压为（t1－t2）100mV/℃。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： I+I2=I1+I3+I4 （1）
由运算放大器的特性知：I3=0 （2）
（3）
调节调零电位器R2使：I4=0 （4）
由（1）、（2）、（4）可得：I=I1－I2
设：R4=90kW
则有： （5）
其中，（t1－t2）为温度差，单位为℃。
由式（5）知，改变（R3+R4）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.
关键词： AD590；集成温度传感器；温度差；
Integrated Temperature Sensor AD590 And Its Applications
Abstract: The Integrated temperature sensor AD590 is introduced and the concrete circuit for measuring some kinds of temperature is given at the same time, such as thermodynamic temperature, Celsius, temperature, temperature difference, the lowest temperature, the average temperature and so on. The applying circuit for measuring the temperature difference is introduced in the economic system of temperature and humidity measurement.
Keywords: AD590; Integrated Temperature Sensor; Temperature difference
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：
式中：Ir—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
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t1（℃）和t2（℃），则输出电压为（t1－t2）100mV/℃。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： I+I2=I1+I3+I4 （1）
由运算放大器的特性知：I3=0 （2）
（3）
调节调零电位器R2使：I4=0 （4）
由（1）、（2）、（4）可得：I=I1－I2
设：R4=90kW
则有： （5）
其中，（t1－t2）为温度差，单位为℃。
由式（5）知，改变（R3+R4）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.
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