AD590温度传感器的使用

AD590温度传感器的使用
AD590温度传感器是一种已经IC化的温度感测器，它会将温度转换为电流，在8051的各种课本中经常看到。

其规格如下：
1、度每增加1℃，它会增加1μA输出电流
2、可测量范围-55℃至150℃
3、供电电压范围+4V至+30V
AD590的管脚图及元件符号如下图所示：
AD590的输出电流值说明如下：
其输出电流是以绝对温度零度（-273℃）为基准，每增加1℃，它会增加1μA输出电流，因此在室温25℃时，其输出电流Iout=（273+25）=298μA。

AD590基本应用电路：
注意事项：
1、Vo的值为Io乘上10K，以室温25℃而言，输出值为10K×298μA=2.98V
2、测量Vo时，不可分出任何电流，否则测量值会不准。

AD590实际应用电路：
电路分析：
1、AD590的输出电流I=（273+T）μA（T为摄氏温度），因此测量的电压V为（273+T）μA×10K=（2.73+T/100）V。

为了将电压测量出来又务须使输出电流I不分流出来，我们使用电压跟随器其输出电压V2等于输入电压V。

2、由于一般电源供应教多器件之后，电源是带杂波的，因此我们使用齐纳二极管作为稳压元件，再利用可变电阻分压，其输出电压V1需调整至2.73V
3、接下来我们使用差动放大器其输出Vo为（100K/10K）×（V2-V1）=T/10，如果现在为摄氏28℃，输出电压为2.8V，输出电压接AD转换器，那么AD转换输出的数字量就和摄氏温度成线形比例关系。

集成温度传感器AD590及其应用
刘振全
摘要：介绍了集成温度传感器AD590，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。

关键词： AD590；集成温度传感器；温度差；
中图分类号：TP368 TP212.11文献标识码：A 文章编号：：1006-883X（2003）03-0035-03
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V BE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—电子电荷绝对值。

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1μA/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（μA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即：
μA/K
式中：—流过器件（AD590）的电流，单位为μA；
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1μA，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710MΩ。

5、精度高。

AD590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1kΩ时，输出电压V O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V O=273.2mV。

或在室温下(25℃)条件下调整电位器,
使V O=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V O=0，然后在100℃
时调整R4使V O=100mV。

如此反复调整多次，直至0℃时，V O=0mV，
100℃时V O=100mV为止。

最后在室温下进行校验。

例如，若室温为25℃，
那么V O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180kΩ，使得温度为0℃时，
V O=17.8mV；温度为100℃时，V O=197.8mV。

AD581是高精度集成稳
压器，输入电压最大为40V，输出10V。

3、温差测量电路及其应用
(1). 电路与原理分析
<![endif]> 图3是利用两个AD590测量两点温度差的电路。

在反馈电阻为100kΩ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=90k
则有：=
=（5）
其中，为温度差，单位为℃。

由式（5）知，改变的值可以改变V O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。

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。

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。

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。

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来源：传感器世界
集成温度传感器AD590及其应用
作者：佚名来源：转载发布时间：2007-2-6 11:22:14 发布人：dunan
减小字体增大字体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。

实际上，中国也开发出了同类型的产品SG590。

这种器件在被测温度一定时，相当于一个恒流源。

该器件具有良好的线性和互换性，测量精度高，并具有消除电源波动的特性。

即使电源在5～15V之间变化，其电流只是在1μA以下作微小变化。

1 AD590的功能及特性
AD590是电流型温度传感器，通过对电流的测量可得到所需要的温度值。

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脚为电源正端V＋；2脚为电流输出端I0；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。

AD590的主特性参数如下：
工作电压：4～30V；
工作温度：－55～＋150℃；
保存温度：－65～＋175℃；
正向电压：＋44V；
反向电压：－20V；
焊接温度（10秒）：300℃；
灵敏度：1μA／K。

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5～30V的直流电源相连，并在输出端串接一个1kΩ的恒值电阻，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1mV／K的电压信号。

其基本电路如图3所示。

图3是利用ΔU
BE
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和
T4的发射结电压U
BE3和U
BE4
经反极性串联后加在电阻R上，所以R上端电压为ΔU
BE。

因此，电
流I1为：
I 1＝ΔU
BE
／R＝（KT／q）（lnn）／R
对于AD590，n＝8，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R
L
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1μA／K的I值。

图4所示是AD590的内部电路，图中的T1～T4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。

T1～T4是为热效应而设计的连接方式。

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，并同为整个电路总电流I的1／3。

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：
ΔU BE＝（R6－2 R5）I／3
R6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2／3。

根据上式不难看出，要想改变ΔU
BE
，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ΔU
BE 减小，不过，改变R5对ΔU
BE
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，最终使其在250℃之下使总电流I达到1μA／K。

3 数字显示温度计的设计
AD590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、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。

下面给出用AD590构成数字显示温度计的设计过程。

3．1 测温电路的设计
在设计测温电路时，首先应将电流转换成电压。

由于AD590为电流输出元件，它的温度每升高1K，电流就增加1μA。

当AD590的电流通过一个10kΩ的电阻时，这个电阻上的压降为10mV，即转换成10mV／K，为了使此电阻精确（0．1％），可用一个9．6kΩ的电阻与一个1kΩ电位器串联，然后通过调节电位器来获得精确的10kΩ。

图5所示是一个电流／电压和绝对／摄氏温标的转换电路，其中运算放大器A1被接成电压跟随器形式，以增加信号的输入阻抗。

而运放A2的作用是把绝对温标转换成摄氏温标，给A2的同相输入端输入一个恒定的电压（如1．235V），然后将此电压放大到2．73V。

这样，A1与A2输出端之间的电压即为转换成的摄氏温标。

将AD590放入0℃的冰水混合溶液中，A1同相输入端的电压应为2．73V，同样使A2的输出电压也为2．73V，因此A1与A2两输出端之间的电压：
2．73－2．73＝0V即对应于0℃。

3．2 A／D转换和显示电路的设计
设计A／D转换和显示电路具有两种方案。

分述如下：
（1）用A／D转换器MC14433实现
首先将AD590的输出电流转换成电压，由于此信号为模拟信号，因此，要进行数码显示，还需将此信号转换成数字信号。

采用MC14433的转换电路如图6所示。

此电路的作用是通过A／D转换器MC14433将模拟信号转换成数字信号，以控制显示电路。

其中MC14511为译码／锁存／驱动电路，它的输入为BCD码，输出为七段译码。

LED数码显示由MC14433的位选信号DS1～DS4通过达林顿阵列MC1413来驱动，并由MC14433的DS1、Q2端来控制“＋”、“－”温度的显示。

当DS1＝1，Q2＝1时，显示为正；Q2＝0时，显示为负。

图6 A/D转换和数码显示电路框图
（2）用ICL7106来实现
采用ICL7106的A／D转换及LCD显示电路框图如图7所示。

其中，ICL7106是3位半显示的A／D转换电路，它内含液晶显示驱动电路，可用来进行A／D转换和LCD显示驱动。

4 结束语
温度传感器的应用范围很广，它不仅广泛应用于日常生活中，而且也大量应用于自动化和过程检测控制系统。

温度传感器的种类很多，根据现场使用条件，选择恰当的传感器类型才能保证测量的准确可靠，并同时达到增加使用寿命和降低成本的目的。