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八月 12 2019

利用AD590组成的温度测量电路

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AD590AD590ADI模拟模拟电流4V至30V

目录

1.AD590优势与特点
2.摄氏温度测量电路

3.温差测量电路及其应用

3.1电路与原理分析

3.2应用举例

3.3N点最低温度值的测量

3.4N点温度平均值的测量

结论

  AD590是AD公司利用PN结正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器。由于该器件具有良好的线性特性和互换性,因此测量精度高,并具有消除电源波动的特性。本文通过分析AD590的优势, 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。

  1.AD590优势与特点

  AD590式电流输出性集成温度传感器,国内同类产品型号为SG590。实际中通过对电流的测量即可得到相应的温度数值。AD590后缀以I,j,K,L,M表示,实质上指特性不同和测量温度范围不同。其的优势与特点如下:

  (1)线性输出电流:1 µA/K

  (2)宽温度范围:-55°C至+150°C

  (3)与探头兼容的陶瓷传感器封装

  (4)双端器件:电压输入/电流输出

  (5)激光调整至±0.5°C校准精度(AD590M)

  (6)出色的线性度:满量程范围±0.3°C (AD590M)

  (7)宽电源电压范围:4 V至30 V

  (8)传感器与外壳绝缘

  (9)低成本

集成温度传感器AD590

  图1 集成温度传感器AD590

  2.摄氏温度测量电路

  AD590是电流输出性集成温度传感器。在设计测量温度电路时,必须将电流转换成为电压。温度每升高1K,电流就增加luA。摄氏温度测量电路的设计必须完成两部分任务:一是将AD590输出的电流转换为电压信号,也就是电流转换为电压电路。二是将热力学温度转换成为摄氏温度,即绝对温度转换为摄氏温度电路。摄氏温度测量电路工作原理见图2。根据AD590的特性,温度每升高lK热力学温度,电流增加luA,当负载电阻为10KΩ,这个电阻上的压降为10mV。其中由AD590、电位器RPl和R1、运算放大器A1组成电流电压转换电路,A1连接为电压射随器形式,主要为增加信号的输入电阻。而运算放大器A2为绝对温度转换为摄氏温度的核心器件,其转换原理为摄氏零度对应热力学273K,因此热力学转换为摄氏湿度必须设置基准电压,数值为摄氏零度对应的电压值2.73V。实现方法是给A2的同名端输入一个恒定的电压,恒定电压由限流电阻R2和稳压管提供,恒定电压选择稳压管型号为CW385,数值为1.235V,由A2将此电压放大为2.73v,RP2为调整A2运算放大器增益的大小。通过转换电路,这样在A1、A2输出端的电压即为与摄氏温度成正比的电压数值,即每摄氏度对应100mV

  的电压数值。特别说明:在调试时,将集成温度传感器AD590置于零度冰水溶液中,首先调整RPl电位器使A1运算放大器输出端为2.73V,其次调节RP2电位器,使A2运算放大器输出端为2.73 V,因此温度测量温度测量电路输出电压在零摄氏度输出电压为0V。变化规律为每摄氏度对应为输出电压为10mV。

摄氏温度测量电路

  图2 摄氏温度测量电路

  3.温差测量电路及其应用

  3.1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。

测量两点温度差的电路

  图3 测量两点温度差的电路

  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)

  值(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:Vo = 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。

  3.2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。

  3.3N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。

  3.4N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。

  结论

  AD590集成温度传感器应用相当广泛,在工程上主要应用测量热力学温度、摄氏温度、两点温度差、多点最低温度、多点平均温度等。因此,不仅广泛应用在日常生活中,更重要大量应用在工业自动化控制系统以及自动检测过程控制系统。另外,由于AD590精度高、价格低、不需辅助电源、线性好,常用于测温和温度检测和控制领域。

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