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1、摘要：由于科学研究、工业和家用电器等方面对测温和温控的需要,各种新型的集成电路温度传感器不断被研制出来,AD590 便是其中之一。本文介绍AD590 型温度传感器的内部电路结构,阐述其工作原理, 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，并举例说明它在温度测量和恒温控制中的应用关键词:集成温度传感器； AD590；主要特征；工作原理； 温度测量应用 一、引言集成温度传感器实质上是一种半导体集成电路，由于晶体管 PN结的正向电压降都是以大约-2mV/的斜率随温度变化而变化的，而且比较稳定，同时晶体管的基极发射极电压与温度基本上成线性关系，故可利用
2、这些特性对温度进行测量。一般利用晶体管的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： VBE=KITqlnI式中，K波尔兹常数； q电子电荷绝对值。T绝对温度（K）。 把测温晶体管和激励电路、放大电路集成在一个小硅片上，就构成了集成温度传感器。与其他温度传感器相比，其具有线性好、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
3、度25时输出2.982V。电流输出型的灵敏度一般为1uA/K。二 AD590简介1主要特性集成温度传感器AD590 是美国模拟器件公司生产的电流型温度传感器，通过对电流的测量可得到所需要的温度值,在输出端串联一个电阻则转换为电压信号。使用可靠，它只需直流电源就能工作，而且，无需进行线性校正，所以使用也非常方便，接口也很简单。作为电流输出型传感器的一个特点是，和电压输出型相比，它有很强的抗外界干扰能力。AD590的测量信号可远传百余米根据特性分挡，AD590的后缀以I，J，K，L，M表示。AD590L，AD590M一般用于精密温度测量电路，其电路外形如图-1所示，它采用金属壳3脚封装，其中1脚为
4、电源正端V；2脚为电流输出端I ；3脚为管壳，一般不用。集成温度传感器的电路符号如图-2所示。推荐精选图-1 AD590外形 图-2 电路符号(1)流过器件的电流（uA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即：I /T=1uA /K式中：I 流过器件（AD590）的电流，单位uA。 T热力学温度，单位K。 (2) AD590的测温范围-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I变化1A，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损坏。(4)输出电阻为710M。 (5)精度高。A
5、D590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55+150范围内，非线形误差±0.3。2 AD590的工作原理 在被测温度一定时，AD590相当于一个恒流源，把它和530V的直流电源相连，并在输出端串接一个1k的恒值电阻RL，那么，此电阻上流过的电流将和被测温度成正比，此时电阻两端将会有1mVK的电压信号。其基本电路如图-3所示。利用UBE特性的集成PN结传感器的感温部分核心电路。其中T1、T2起恒流作用，可用于使左右两支路的集电极电流I1和I2相等；T3、T4是感温用的晶体管，两个管的材质和工艺完全相同，但T3实质上是由n个晶体管并联而成，因而其结面积是T4的n倍。T3
6、和T4的发射结电压UBE3和UBE4经反极性串联后加在电阻R上，所以R上端电压为UBE。因此，电流I1为： I1UBER（KTRq）（ln n）对于AD590，n8，这样，电路的总电流将与热力学温度T成正比，将此电流引至负载电阻RL上便可得到与T成正比的输出电压。由于利用了恒流特性，所以输出信号不受电源电压和导线电阻的影响。图3中的电阻R是在硅板上形成的薄膜电阻，该电阻已用激光修正了其电阻值，因而在基准温度下可得到1推荐精选AK的I值。 图-3 感温部分核心电路 图-4 AD590内部电路图-4所示是AD590的内部电路，与图-3相比,图-4增加了一些元件
7、。它们用以改善电路,使之工作时更接近理想电流源(高阻抗) ,从而减弱输入电压变化的影响。图-4中的T1T4相当于图-3中的T1、T2，而T9，T11相当于图-3中的T3、T4。R5、R6是薄膜工艺制成的低温度系数电阻，供出厂前调整之用。T7、T8，T10为对称的Wilson电路，用来提高阻抗。T5、T12和T10为启动电路，其中T5为恒定偏置二极管。T6可用来防止电源反接时损坏电路，同时也可使左右两支路对称。R1，R2为发射极反馈电阻，可用于进一步提高阻抗。T1T4是为热效应而设计的连接防式。而C1和R4则可用来防止寄生振荡。该电路的设计使得T9，T10，T11三者的发射极电流相等，并同为整个
8、电路总电流I的13。T9和T11的发射结面积比为8：1，T10和T11的发射结面积相等。T9和T11的发射结电压互相反极性串联后加在电阻R5和R6上，因此可以写出： UBE（R62 R5）I3R6上只有T9的发射极电流，而R5上除了来自T10的发射极电流外，还有来自T11的发射极电流，所以R5上的压降是R5的23。推荐精选根据上式不难看出，要想改变UBE，可以在调整R5后再调整R6，而增大R5的效果和减小R6是一样的，其结果都会使UBE减小，不过，改变R5对UBE的影响更为显著，因为它前面的系数较大。实际上就是利用激光修正R5以进行粗调，修正R6以实现细调，
9、最终使其在250之下使总电流I达到1AK。三、AD590的应用电路1、基本应用电路图 -5图-5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1k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、摄氏温度测量电路图 -6如图6所示，电位器R2用于
10、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6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/推荐精选，则调整反馈电阻约为180k，使得温度为0时， VO =17.8mV；温
11、度为100,VO =197.8mV。AD581是高精度集成稳压器，输入电压最大为40V，输出10V。图-73、温差测量电路及其应用 图7是利用两个AD590测量两点温度差的电路。在反馈电阻为100k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R1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
12、大器的特性知： I3=0 （2） VA0 （3）调节调零电位器R1使： I4=0 &#
13、160; （4）由（1）、（2）、（4）可得： I=I1-I2设：R4=90kW则有： V0=I(R3+R4)=( I1-I2) (R3+R4)=(t1- t2)100mV/ （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。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。推荐精选5、N点温度平均值的测量图-8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
14、多点平均温度但不需要各点具体温度的场合。 6、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n%RH（用HS1100湿度传感器检测）。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n%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n%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
15、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n%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7所示电路，利用温差值直接与设
16、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。图-9 系统框图四、结束语推荐精选 AD590 直接输出与热力学温度成比例的电流信号,在输出端串联一个电阻则转换为电压信号，可测量热力学温度、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。而且其具有线性优良、性能稳定、灵敏度高、无需补偿、热容量小、抗干扰能力强、不需要参考点、互换性好、价格低、不需辅助电源，可远距离测温且使用方便等优点，可广泛应用于各种冰箱、空调器、粮仓、冰库、工业仪器配套和各种温度的测量和控制等领域。 参考文献1 王福瑞.单片微机测控系
17、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马葭生,陈国英,江一德1 大学物理选题实验50 例1 上海:华东师范大学出版社,19996李正平,王广泰,李冬梅1 新编大学物理实验1 北京:中国石化出版社,1999 （注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!） 推荐精选