用于溫度測量的溫度傳感器ad590

用于溫度測量的溫度傳感器ad590

1路溫度傳感器ad290由于需要在科學(xué)研究、工業(yè)和家庭等方面產(chǎn)生加熱和加熱設(shè)備，因此開發(fā)了幾種新型研發(fā)電路溫度傳感器，ad590就是其中之一。AD590可直接輸出與熱力學(xué)溫度成比例的電流信號,在輸出端串聯(lián)一個電阻則轉(zhuǎn)換為電壓信號。除此之外,AD590還具有測溫不需要參考點、抗干擾能力強、互換性好等優(yōu)點。2溫度至電流強度的轉(zhuǎn)換AD590的內(nèi)部電路圖如圖1所示,簡化電路如圖2所示。該傳感器由多個晶體管和電阻組成,其中晶體管制作在一個半導(dǎo)體單面基片上,因此它們的特性、損耗和發(fā)射極面積能夠相互匹配。整體分析圖2,該電路可看作由兩個鏡象電流源構(gòu)成。其中,晶體管Q1和Q2組成上鏡象電流源,Q3和Q4組成下鏡象電流源。如果設(shè)上鏡象電路的輸出是Q3的輸入,則Q4的輸入是上鏡象電路的輸出。設(shè)各晶體管為理想晶體管(即它們的電流放大系數(shù)β趨于無窮大),則知I0=IC3+IC4(1)由于鏡角電流源Q1和Q2的作用,IC3=IC4,Ie3=Ie4=IC3。因此I0=2IC3=2Ie3(2)PN結(jié)理想伏安特性表達式為I=IS(eV/VT-1)=IS(eqV/KT-1)(3)對晶體而言,上式中I即為發(fā)射極電源Ie;IS為集電極—發(fā)射極反向飽和電流;V為基極與發(fā)射極之間的電壓Vbe;VT為溫度的電壓當(dāng)量(即KT/q),q為電子電荷,K為玻爾茲曼常數(shù),T為熱力學(xué)溫度。當(dāng)溫度在-55℃～155℃之間時,VT近似在0.04V～0.05V之間。這一般的硅管,Vbe約為十分之幾伏,故eVbe/VT?1。因此,(3)式可改寫為Ie≈ISeVbe/VT,即Vbe≈VT1n(Ie/IS)(4)所以,Vbe3≈VT1n(Ie3/IS3),Vbe4≈VT1n(Ie4/IS4)。由圖2知Vbe4=Vbe3+IeR(5)所以VR=Ie3R=Vbe4￣Vbe3=VT1n[(Ie4/IS4)/(Ie3/IS3)]=VT1n(IS3/IS4)(6)由于IS正比于各晶體管發(fā)射極的面積S,所以(6)式可改寫為VR=VT1n(S3/S4)(7)S3、S4分別為晶體管Q3、Q4發(fā)射極的面積。若S3=NS4,則VR=VT1n(N),即Ie3R=VT1n(N),Ie3=(VT/R)1n(N)。因此I0=2Ie3=(2VT/R)1n(N)=(2KT/Rq)1n(N)(8)所以I0/T=(2K/Rq)1n(N)(9)由上式知,當(dāng)電阻R的阻值給定時,I0/T為一恒定值。適當(dāng)選取R值,理論上可使I0/T為1.0000μA/K(K為熱力學(xué)溫度單位)。由上面的分析知,AD590的輸出電流I0與它所處的熱力學(xué)溫度T成線性關(guān)系,因此實現(xiàn)了溫度至電流強度的線性轉(zhuǎn)換。與圖2相比,圖1虛線框內(nèi)增加了一些電路。它們用以改善鏡象電流源Q1和Q2,使之工作時更接近理想電流源(高阻抗),從而減弱輸入電壓變化的影響。經(jīng)測試,當(dāng)AD590兩端的電壓在+4V和+30V之間時,即使電壓有變化,輸出的電流信號也沒有影響或影響很小。所以AD590具有消除電源波動的特性。3輸出電流iii的測量測量電路如圖3所示,V為PZ114型四位半直流數(shù)字電壓表,R=1000Ω,保持電源電壓穩(wěn)定,分別使AD590處于一系列不同的溫度點Ti,通過測量V得出相應(yīng)的輸出電流Ii。對所得的數(shù)據(jù)點用最小二乘法進行擬合,可得經(jīng)驗公式I=αT+γ(10)4溫度測量的應(yīng)用在-50～150℃溫度范圍內(nèi),AD590的輸出電流與溫度呈線性關(guān)系,與常用的水銀溫度計、熱電偶溫度計相比,它還具有靈敏度高、消除電源波動性的特點,因此可廣泛應(yīng)用于各種精確度較高的溫度測量。(1)檢測nvmv數(shù)溫度計電路圖如圖4所示。該電路采用非平衡電橋法。將AD590放入冰點槽中,R2和R3各取1000Ω,調(diào)節(jié)R4使電壓表示值為零,此時R2和R3上所分得的電壓皆為273.2mV,電路轉(zhuǎn)換系數(shù)為1mV/℃。因此電壓表上讀得的mV數(shù)即代表AD590檢測到的攝氏溫度。由于AD590的轉(zhuǎn)換靈敏度不是嚴格的1.0000μA/℃,一般有千分之零點幾(δ‰)的差異,因此應(yīng)調(diào)整R2使之改變(δ‰),以補償靈敏度引起的誤差。(2)ad290的變換如果要測量n個溫度點的平均溫度,只需把圖4中的AD590替換為n個并聯(lián)的AD590,R2、R3的阻值相應(yīng)地調(diào)整為(1000/n)Ω。電路調(diào)節(jié)方法與(1)相同。(3)傳感器等溫時輸出電壓電路如圖5所示,。AD741為電流電壓轉(zhuǎn)換器。當(dāng)兩個AD590處于相同溫度時,I1=I2,A端輸出電流I3為零,B端輸出電壓也為零;當(dāng)兩個傳感器存在溫差ΔT時,I3=I1-I2(設(shè)I1>I2),B端輸出相應(yīng)的電壓U,由數(shù)字電壓表顯示。當(dāng)ΔT在0～6℃范圍內(nèi)時,U正比與I3,I3正比于ΔT,因此U與ΔT呈線性關(guān)系。R1和R2用來調(diào)整AD741的輸出,可確保兩傳感器等溫時輸出電壓為0。R3用以調(diào)節(jié)AD741的放大倍數(shù)。當(dāng)各電阻取圖時所標示阻值時,B端輸出為10mV/℃。5升溫控制電路AD590不但實現(xiàn)了溫度的電量測量,而且靈敏度高、反應(yīng)時間短,因此可作為恒溫控制電路的信號檢測器。與目前大量使用的接點式水銀溫度計相比,它具有控溫精度(溫控在某點時的溫度最大波動范圍)高、體積小、無污染、使用方便等優(yōu)點。恒溫控制電路如圖6所示。LF356為電流電壓轉(zhuǎn)換器,LM311為電壓比較器,RW1、RW2、RW3、RW4和2DW7C此部分電路用以設(shè)置該控溫電路的溫度預(yù)定值T0。AD590輸出的電流經(jīng)LF356后轉(zhuǎn)換為一負電壓(相對于接地點)輸出Va。比較器LM311對Va和Vb進行比較,如果Va>Vb,則輸出一恒定的正電壓V0,三極管3DK4B導(dǎo)通,固體繼電路J1接通。由于有電流通過,交流接觸器J2的常開觸點閉合,電熱絲通電加熱。AD590的溫度T升高,|Va|增大。當(dāng)T>T0時,Va<Vb,LM311的輸出約等于零伏,3DK4B截止,J1斷開,J2常開觸點隨之?dāng)嚅_,電熱絲停止加熱,T下降。當(dāng)T<T0時,Va>Vb,電熱絲再次通過電加熱,從而達到恒溫控制的目的。6.d卡轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,其所具有的特點適合用ad290的實驗材料、方法和使用目AD590溫度傳感器不但實現(xiàn)了溫度轉(zhuǎn)換為線性化電量測量,而且精確度高、互換性好、應(yīng)用簡單方便,因此,可把輸出的電信號經(jīng)A/D卡轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,由計算機采集Vi-t的數(shù)據(jù),以發(fā)揮其實時和準確的特點。把AD590用于