温度传感器AD590及其应用

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点击量: 240005 来源: 科泰仪表

  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***。

  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*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。*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*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(℃)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**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*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*低值。

  该方法可应用于测量多点*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*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。