AD590是用PN結(jié)正向電流與溫度的關(guān)系制成的電流輸出型兩端溫度傳感器。由于該器件具有良好的線性特性和互換性，因此測(cè)量精度高，并具有消除電源波動(dòng)的特性。本文通過(guò)分析AD590的優(yōu)勢(shì)， 并以節(jié)能型溫、濕度控制系統(tǒng)為例介紹了利用AD590 測(cè)兩點(diǎn)溫差電路的應(yīng)用。
1.AD590優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)
AD590式電流輸出性集成溫度傳感器，國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品型號(hào)為SG590。實(shí)際中通過(guò)對(duì)電流的測(cè)量即可得到相應(yīng)的溫度數(shù)值。AD590后綴以I，j，K，L，M表示，實(shí)質(zhì)上指特性不同和測(cè)量溫度范圍不同。其的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)如下：
(1)線性輸出電流：1 µA/K
(2)寬溫度范圍：-55°C至+150°C
(3)與探頭兼容的陶瓷傳感器封裝
(4)雙端器件：電壓輸入/電流輸出
(5)激光調(diào)整至±0.5°C校準(zhǔn)精度(AD590M)
(6)出色的線性度：滿量程范圍±0.3°C (AD590M)
(7)寬電源電壓范圍：4 V至30 V
(8)傳感器與外殼絕緣
(9)低成本
圖1 集成溫度傳感器AD590
2.攝氏溫度測(cè)量電路
AD590是電流輸出性集成溫度傳感器。在設(shè)計(jì)測(cè)量溫度電路時(shí)，必須將電流轉(zhuǎn)換成為電壓。溫度每升高1K，電流就增加luA。攝氏溫度測(cè)量電路的設(shè)計(jì)必須完成兩部分任務(wù)：一是將AD590輸出的電流轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，也就是電流轉(zhuǎn)換為電壓電路。二是將熱力學(xué)溫度轉(zhuǎn)換成為攝氏溫度，即絕對(duì)溫度轉(zhuǎn)換為攝氏溫度電路。攝氏溫度測(cè)量電路工作原理見(jiàn)圖2。根據(jù)AD590的特性，溫度每升高lK熱力學(xué)溫度，電流增加luA，當(dāng)負(fù)載電阻為10KΩ，這個(gè)電阻上的壓降為10mV。其中由AD590、電位器RPl和R1、運(yùn)算放大器A1組成電流電壓轉(zhuǎn)換電路，A1連接為電壓射隨器形式，主要為增加信號(hào)的輸入電阻。而運(yùn)算放大器A2為絕對(duì)溫度轉(zhuǎn)換為攝氏溫度的核心器件，其轉(zhuǎn)換原理為攝氏零度對(duì)應(yīng)熱力學(xué)273K，因此熱力學(xué)轉(zhuǎn)換為攝氏濕度必須設(shè)置基準(zhǔn)電壓，數(shù)值為攝氏零度對(duì)應(yīng)的電壓值2.73V。實(shí)現(xiàn)方法是給A2的同名端輸入一個(gè)恒定的電壓，恒定電壓由限流電阻R2和穩(wěn)壓管提供，恒定電壓選擇穩(wěn)壓管型號(hào)為CW385，數(shù)值為1.235V，由A2將此電壓放大為2.73v，RP2為調(diào)整A2運(yùn)算放大器增益的大小。通過(guò)轉(zhuǎn)換電路，這樣在A1、A2輸出端的電壓即為與攝氏溫度成正比的電壓數(shù)值，即每攝氏度對(duì)應(yīng)100mV
的電壓數(shù)值。特別說(shuō)明：在調(diào)試時(shí)，將集成溫度傳感器AD590置于零度冰水溶液中，首先調(diào)整RPl電位器使A1運(yùn)算放大器輸出端為2.73V，其次調(diào)節(jié)RP2電位器，使A2運(yùn)算放大器輸出端為2.73 V，因此溫度測(cè)量溫度測(cè)量電路輸出電壓在零攝氏度輸出電壓為0V。變化規(guī)律為每攝氏度對(duì)應(yīng)為輸出電壓為10mV。
圖2 攝氏溫度測(cè)量電路
3.溫差測(cè)量電路及其應(yīng)用
3.1電路與原理分析
圖3是利用兩個(gè)AD590 測(cè)量?jī)牲c(diǎn)溫度差的電路。在反饋電阻為100kW的情況下，設(shè)1#和2# AD590 處的溫度分別為t1(℃)和t2(℃)，則輸出電壓為(t1-t2)100mV/℃。圖中電位器R2用于調(diào)零。電位器R4用于調(diào)整運(yùn)放LF355 的增益。
圖3 測(cè)量?jī)牲c(diǎn)溫度差的電路
由基爾霍夫電流定律：I+I2=I1+I3+I4 (1)
由運(yùn)算放大器的特性知：I3=0 (2)
值(3)
調(diào)節(jié)調(diào)零電位器 R2使：I4=0 (4)
由(1)、(2)、(4)可得：I=I1-I2
設(shè)：R4=90kW
則有：Vo = I(R3+R4) = (I1-I2) (R3+R4) =(t1-t2)100mV/℃ (5)
其中，(t1-t2)為溫度差，單位為℃。
由式(5)知，改變(R3+R4)的值可以改變VO的大小。
3.2應(yīng)用舉例
以某節(jié)能型藥材倉(cāng)庫(kù)溫、濕度控制系統(tǒng)為例，若要求庫(kù)房溫度低于 T℃，相對(duì)濕度低于 A1B1%RH。則采取的兩種控制模式如下：
控制模式一：當(dāng)庫(kù)內(nèi)相對(duì)濕度高于A1B1%RH 且?guī)焱鉁囟鹊陀赥℃時(shí)，進(jìn)行庫(kù)內(nèi)外通風(fēng)。這種方式是利用庫(kù)內(nèi)外濕度差進(jìn)行空氣的交換，以達(dá)到庫(kù)內(nèi)除濕的要求，其優(yōu)點(diǎn)是高效、節(jié)能、節(jié)省資金。但這種方式受到嚴(yán)格的控制。首先，庫(kù)外的相對(duì)濕度要低于庫(kù)內(nèi)的，它們之間的差要大于A2B2%RH，這樣才能有效保證及時(shí)地進(jìn)行庫(kù)內(nèi)的除濕。其次，庫(kù)內(nèi)庫(kù)外的溫度差要小于△T℃，這是因?yàn)椋绻趲?kù)外溫度遠(yuǎn)高于庫(kù)內(nèi)溫度時(shí)進(jìn)行通風(fēng)，熱空氣進(jìn)入庫(kù)區(qū)后遇上冷空氣就會(huì)造成藥品、器材表面結(jié)露的現(xiàn)象，進(jìn)而影響藥品和器材的質(zhì)量。反之，如果在庫(kù)內(nèi)溫度遠(yuǎn)高于庫(kù)外溫度時(shí)進(jìn)行通風(fēng)，冷空氣進(jìn)入庫(kù)內(nèi)后也會(huì)在藥品器材表面結(jié)露。
另外，庫(kù)外溫度不能接近T℃。這是因?yàn)椋绻麕?kù)外溫度接近 T℃時(shí)進(jìn)行通風(fēng)，很可能使密閉的庫(kù)溫升高，從而超過(guò)溫度上限 T℃。
控制模式二：當(dāng)溫度高于 T℃或濕度高于A1B1%RH 但不滿足第一種情況時(shí)，開(kāi)啟冷凍空調(diào)機(jī)組進(jìn)行庫(kù)內(nèi)降溫除濕。
為避免因庫(kù)內(nèi)外溫差過(guò)大通風(fēng)時(shí)藥品、器材表面結(jié)露的現(xiàn)象，必須嚴(yán)格控制系統(tǒng)溫差值的精度。傳統(tǒng)的測(cè)溫差方法是對(duì)兩點(diǎn)溫度分別進(jìn)行處理(調(diào)理電路、A/D、運(yùn)算處理)后求差值，此方法所得溫差精度低。庫(kù)內(nèi)外溫差測(cè)量可采用圖3所示電路，利用溫差值直接與設(shè)定值相比較，既能保證較高的精度，又簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的可靠性。
3.3N點(diǎn)最低溫度值的測(cè)量
將不同測(cè)溫點(diǎn)上的數(shù)個(gè)AD590 相串聯(lián)，可測(cè)出所有測(cè)量點(diǎn)上的溫度最低值。該方法可應(yīng)用于測(cè)量多點(diǎn)最低溫度的場(chǎng)合。
3.4N點(diǎn)溫度平均值的測(cè)量
把N個(gè)AD590 并聯(lián)起來(lái)，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(diǎn)平均溫度但不需要各點(diǎn)具體溫度的場(chǎng)合。
結(jié)論
AD590集成溫度傳感器應(yīng)用相當(dāng)廣泛，在工程上主要應(yīng)用測(cè)量熱力學(xué)溫度、攝氏溫度、兩點(diǎn)溫度差、多點(diǎn)最低溫度、多點(diǎn)平均溫度等。因此，不僅廣泛應(yīng)用在日常生活中，更重要大量應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)以及自動(dòng)檢測(cè)過(guò)程控制系統(tǒng)。另外，由于AD590精度高、價(jià)格低、不需輔助電源、線性好，常用于測(cè)溫和溫度檢測(cè)和控制領(lǐng)域。
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