溫度傳感器AD590運用
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；
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：
式中：Ir—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。或在室溫下（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
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t1（℃）和t2（℃），則輸出電壓為（t1－t2）100mV/℃。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： I+I2=I1+I3+I4 （1）
由運算放大器的特性知：I3=0 （2）
（3）
調節調零電位器R2使：I4=0 （4）
由（1）、（2）、（4）可得：I=I1－I2
設：R4=90kW
則有： （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。
（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.
關鍵詞： AD590；集成溫度傳感器；溫度差；
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：
式中：Ir—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。或在室溫下（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
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t1（℃）和t2（℃），則輸出電壓為（t1－t2）100mV/℃。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： I+I2=I1+I3+I4 （1）
由運算放大器的特性知：I3=0 （2）
（3）
調節調零電位器R2使：I4=0 （4）
由（1）、（2）、（4）可得：I=I1－I2
設：R4=90kW
則有： （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。
（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.
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[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.
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