簡單的溫度傳感器ad590測溫電路原理分析

溫度傳感器ad590測溫電路是一種較常見的應(yīng)用電路，關(guān)于這電路你了解多少呢？你知道它的原理嗎?本文就來介紹關(guān)于溫度傳感器ad590測溫電路的電路原理。

溫度傳感器ad590

AD590是一種常用的電流型集成溫度傳感器。該芯片內(nèi)部集成了溫度傳感部分、放大電路、驅(qū)動電路和信號處理電路等。

AD590只需單電源工作，輸出的是電流而不是電壓，因此，抗干擾能力強，要求的功率低（1.5mv/+5v/+25℃），使得AD590特別適合于工作運動測量。因是高阻抗輸出，所以長線上的電阻對器件工作影響不大。用絕緣良好的雙絞線連接，可以使器件在距25m處正常工作。高輸出阻抗又能極好地消除電源電壓漂移和紋波的影響，電源由5v變到10v，最大只有1μA的電流變化。相等于1℃的等效誤差。還要指出的是，AD590能經(jīng)受高至44v的正向電壓和20v的反向電壓，因而不規(guī)則的電源變化或管腳反接也不會損壞器件。

AD590有許多主要特性，如流過器件的電流（mA）等于器件所處環(huán)境的熱力學溫度（K）度數(shù)，因此轉(zhuǎn)換方便；測溫范圍為-55℃+150℃，因此非常適應(yīng)通常的測溫要求；輸出電阻達到700MΩ，可以不用考慮接口電路阻抗的影響；電源電壓范圍為4V30V，因此對電源要求比較低，器件反接也不會損壞；測量精度高，非線性誤差為±0.3℃。

溫度傳感器ad590的工作原理

AD590工作原理的核心是輸出電流跟隨溫度同時同量變化，以絕對零度(-273℃)為基準，每增加1℃，輸出電流就會增加1μA。因此在室溫25℃（273+25=298K)時，其輸出電流Io=298μA。為了測量方便，通常測量AD590負載電阻的輸出電壓，若負載電阻10KΩ，測量Vo時，沒有分出任何電流，則Vo為2.98V。注意負載電阻R不

能取得太大，以保證AD590兩端電壓不低于4V，AD590輸出電流信號傳輸距離可達到1km以上。

AD590有多種型號，通常以后綴I，J，K，L，M等來區(qū)別，其中AD590L和AD590M一般用于精密溫度測量電路。

溫度傳感器ad590測溫基本電路

AD590測量熱力學溫度的基本應(yīng)用電路如下圖所示。當負載電阻為950歐姆時，電位器為100歐姆，兩者之和為1K歐姆，輸出電壓VO隨溫度T1MV/K而變化，然而，由于AD590的增益被偏置，電阻有誤差，因此有必要對電路進行調(diào)整。電位器在0℃或室溫（25℃）下調(diào)節(jié)，使輸出電壓VO保持在273 mV或298 mV，從而確保接近溫度點的高精度。

AD590測量最低溫度的基本應(yīng)用電路如圖4所示。串聯(lián)的N AD590在不同溫度點可以串聯(lián)連接，以測量在所有測量點的最低溫度。該方法可應(yīng)用于多點最低溫度的測量。

基本測量電路

低溫度測量電路

AD590用于測量平均溫度的基本應(yīng)用電路如圖5所示。把N個AD590并聯(lián)起來，根據(jù)電路基本知識，負載電阻上的電流為N個支路電流總合，將負載電阻的值取測溫電路負載電阻的N分之一，則可獲得平均電流，對應(yīng)于平均溫度。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。

平均溫度測量電路

溫度傳感器ad590攝氏溫度測量電路

如下圖所示，作為敏感部件的AD590攝氏溫度測量電路將溫度變化轉(zhuǎn)換為電流信號作為敏感部分，運算放大器A1作為匹配電路，避免了分流和電壓信號Vo1等于輸出電壓。年齡V2。AD590的輸出電流為i＝（273＋t）μA，其中T是攝氏溫度的值，所以電壓信號Vo1＝（273＋t）μA 10K＝（2.73＋T／100）V V2和V1，作為差分放大器的兩個輸入信號，可以得到VO＝10（V2-V1）V＝（2.73 +T/100-V1）V。o調(diào)整零點并調(diào)整電位器在0 C，使輸出VO＝0。根據(jù)上述公式，可以得到V1= 2.73V。由于電源中有更多的部件，電源是有噪聲的，所以我們使用齊納二極管作為穩(wěn)壓器，然后通過可變電阻分壓將電壓V1調(diào)整到2.73V。電路僅在0℃下調(diào)節(jié)，因此在溫度附近更精確，但在較高溫度的情況下存在一定的誤差。

攝氏溫度測量電路基本電路

該電路12V的直流電源易于獲得，并且可以使用。

整流電路與穩(wěn)壓器芯片LM7812相連接。放大器可采用塑料密封8引腳雙線LM358。該芯片包括兩個高增益，獨立的，內(nèi)部頻率補償雙放大器。適用于電壓范圍大的單電源，也適用于雙電源操作。它的應(yīng)用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用的應(yīng)用。使用一個單一的電源的操作和釋放。穩(wěn)壓二極管可選用1N709等相關(guān)型號。

ADC0809是美國國家半導體公司生產(chǎn)的CMOS工藝的8通道，8位逐次逼近A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

雖然芯片不是最新的模型，它的功能不是最全面的，它是中國最廣泛使用的8位通用A/D芯片。因此，更容易開發(fā)技術(shù)和設(shè)計電子電路，并且取代故障芯片是非常方便的。

AD590的輸出端通過ADC0809將模擬輸入IN7~IN0，

IN0的地址線（A，B，C（即ADDA\ADDB\ADDC）來確定選擇的通道門。由單片機控制p0.0，p0.1，P0.2，分別控制A.B.C.和鎖存控制信號ALE友p2.0控制。有沒有在ADC0809的時鐘電路。在時鐘信號提供的冰在外面的世界。通常，冰500kHz的頻率

AD590溫度測量電路，A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)碼管動態(tài)顯示電路是shown在下圖?！拜斎胪ǖ赖男盘栠B通兩市ADC0809 AD590測量冰后期兩個CPU通過P0口后，被latched和選通。considering AD590的溫度范圍，我們需要用四個數(shù)碼管顯示這兩個兩個一位數(shù)的小數(shù)點后。《3-8線譯碼器74LS138芯片的選擇行為，如芯片和74LS373鎖存P0 latches和緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)，這是城市規(guī)劃控制的動態(tài)顯示。

A/D轉(zhuǎn)換及顯示電路

常見的溫度傳感器測溫電路

各種流行溫度傳感器的優(yōu)點和缺點

熱電偶

測溫原理:

兩種不同成分的導體（稱為熱電偶絲或熱電極）兩端接合成回路，當接合點的溫度不同時，在回路中就會產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，而這種電動勢稱為熱電動勢。熱電偶就是利用這種原理進行溫度測量的，其中，直接用作測量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端（也稱為測量端），另一端叫做冷端（也稱為補償端）；冷端與顯示儀表連接，顯示出熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢，通過查詢熱電偶分度表，即可得到被測介質(zhì)溫度。

熱電偶是溫度測量中最常用的傳感器。其主要好處是寬溫度范圍和適應(yīng)各種大氣環(huán)境，而且結(jié)實、價低，無需供電，尤其最便宜。熱電偶由在一端連接的兩條不同金屬線(金屬A和金屬B)構(gòu)成，如圖2所示。當熱電偶一端受熱時，熱電偶電路中就有電勢差?？捎脺y量的電勢差來計算溫度。

?熱偶電路圖(左)和熱偶電壓— 溫度曲線例子(右)

由于電壓和溫度是非線性關(guān)系，因此需要為參考溫度(Tref)作第二次測量，并利用測試設(shè)備軟件和∕或硬件在儀器內(nèi)部處理電壓—溫度變換，以最終獲得熱偶溫度(Tx)。Agilent34970A和34980A數(shù)據(jù)采集器均有內(nèi)置的測量了運算能力。

簡而言之，熱偶是最簡單和最通用的溫度傳感器，但熱偶并不適合高精度的應(yīng)用。

常用的熱電偶從-50~+1600℃均可連續(xù)測量，某些特殊熱電偶最低可測到-269℃（如金鐵鎳鉻），最高可達+2800℃（如鎢-錸）。

熱敏電阻

（1） 測溫原理:

熱電阻是基于電阻的熱效應(yīng)進行溫度測量的，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。因此，只要測量出感溫熱電阻的阻值變化，就可以測量出溫度。

目前主要有金屬熱電阻和半導體熱敏電阻兩類。

金屬熱電阻的電阻值和溫度一般可以用以下的近似關(guān)系式表示，即：

式中，Rt為溫度t時的阻值；Rt0為溫度t0（通常t0=0℃）時對應(yīng)電阻值；α為溫度系數(shù)。半導體熱敏電阻的阻值和溫度關(guān)系為：

式中Rt為溫度為t時的阻值；A、B取決于半導體材料的結(jié)構(gòu)的常數(shù)。

熱敏電阻是用半導體材料，大多為負溫度系數(shù)，即阻值隨溫度增加而降低。溫度變化會造成大的阻值改變，因此它是最靈敏的溫度傳感器。但熱敏電阻的線性度極差，并且與生產(chǎn)工藝有很大關(guān)系。制造商給不出標準化的熱敏電阻曲線。

熱敏電阻電路圖

熱敏電阻體積非常小，對溫度變化的響應(yīng)也快。但熱敏電阻需要使用電流源，小尺寸也使它對自熱誤差極為敏感。

熱敏電阻在兩條線上測量的是絕對溫度， 有較好的精度，但它比熱偶貴，可測溫度范圍也小于熱偶。一種常用熱敏電阻在25℃時的阻值為5kΩ，每1℃的溫度改變造成200Ω的電阻變化。注意10Ω的引線電阻僅造成可忽略的0.05℃誤差。它非常適合需要進行快速和靈敏溫度測量的電流控制應(yīng)用。尺寸小對于有空間要求的應(yīng)用是有利的，但必須注意防止自熱誤差。

測量技巧

熱敏電阻體積小是優(yōu)點，它能很快穩(wěn)定，不會造成熱負載。不過也因此很不結(jié)實，大電流會造成自熱。由于熱敏電阻是一種電阻性器件，任何電流源都會在其上因功率而造成發(fā)熱。功率等于電流平方與電阻的積。因此要使用小的電流源。如果熱敏電阻暴露在高熱中，將導致永久性的損壞。

鉑電阻溫度傳感器

與熱敏電阻相似，鉑電阻溫度傳感器(RTD)是用鉑制成的熱敏感電阻。當通過測量電壓計算RTD溫度時，數(shù)字萬用表用已知電流源測量該電流源所產(chǎn)生的電壓。這一電壓為兩條引線(Vlead)上的壓降加RTD上的電壓(Vtemp)。例如，常用RTD的電阻為100Ω，每1℃僅產(chǎn)生0.385Ω的電阻變化。如果每條引線有10Ω電阻，就將造成26℃的測量誤差，這是不可接受的。所以應(yīng)對RTD作4線歐姆測量。

RTD需要用4線測量

RTD是最精確和最穩(wěn)定的溫度傳感器，它的線性度優(yōu)于熱偶和熱敏電阻。但RTD是最貴的溫度傳感器。因此RTD最適合對精度有嚴格要求，而速度和價格不太關(guān)鍵的應(yīng)用領(lǐng)域。

測量技巧

使用5mA電流源會因自熱造成2.5℃的溫度測量誤差。因此把自熱誤差減到最小是極為重要的。

4線測量更為精確，但需要兩倍的引線和兩倍的開關(guān)。

溫度IC

溫度集成電路(IC)是一種數(shù)字溫度傳感器，它有非常線性的電壓∕電流—溫度關(guān)系。有些IC傳感器甚至有代表溫度、并能被微處理器直接讀出的數(shù)字輸出形式。

電流傳感器(左)和電壓傳感器(右)

有兩類具有如下溫度關(guān)系的溫度IC：

電壓IC: 10 mV/K。

電流IC: 1μA/K。

溫度IC的輸出是非常線性的電壓∕℃。實際產(chǎn)生的是電壓∕Kelvin，因此室溫時的1℃輸出約為3V。溫度IC需要有外電源。通常溫度IC是嵌入在電路中而不用于探測。

溫度IC缺點是溫度范圍非常有限，也存在同樣的自熱、不堅固和需要外電源的問題。總之，溫度IC提供產(chǎn)生正比于溫度的易讀讀數(shù)方法。它很便宜，但也受到配置和速度限制。

測量技巧

溫度IC 體積較大，因此它變化慢，并可能造成熱負載。

把溫度IC用于接近室溫的場合。這是它最流行的應(yīng)用。雖然測量范圍有限，但也能測量150℃的高溫。

實例

LM135235335系列是美國國家半導體公司（NS）生產(chǎn)的一種高精度易校正的集成溫度傳感器，是電壓輸出型溫度傳感器，工作特性類似于齊納穩(wěn)壓管。該系列器件靈敏度為10mV/K，具有小于1Ω的動態(tài)阻抗，工作電流范圍從400μA到5mA，精度為1℃，LM135的溫度范圍為-55℃～+150℃，LM235的溫度范圍為-40℃～+125℃，LM335為-40℃~+100℃。封裝形式有TO-46、TO-92、SO-8。該器件廣泛應(yīng)用于溫度測量、溫差測量以及溫度補償系統(tǒng)中。詳細信息見LM135，235，335.pdf。

AD590是美國模擬器件公司的電流輸出型溫度傳感器，供電電壓范圍為3~30V，可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，測溫范圍為-55℃～+150℃，輸出電流為223μA~423μA，輸出電流變化1μA相當于溫度變化1℃，最大非線性誤差為±0.3℃，響應(yīng)時間僅為20μs，重復性誤差低至±0.05℃，功耗約為2mW,輸出電流信號的傳輸距離可達到1km以上，作為一種高阻電流源，最高可達20MΩ，所以它不必考慮選擇開關(guān)或CMOS多路轉(zhuǎn)換器所引入的附加電阻造成的誤差,適用于多點溫度測量和遠距離溫度測量的控制。

數(shù)字式溫度傳感器：

（1） 原理：

將敏感元件、A/D轉(zhuǎn)換單元、存儲器等集成在一個芯片上，直接輸出反應(yīng)被測溫度的數(shù)字信號，使用方便，但響應(yīng)速度較慢（100ms數(shù)量級）。

（2） 實例：

DS18B20是美國Dallas半導體公司生產(chǎn)的世界上第一片支持“一線總線”

接口的數(shù)字式溫度傳感器，供電電壓范圍為3～5.5V，測溫范圍為-55℃～+125℃，可編程的9～12位分辨率，對應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，出廠設(shè)置默認為12位，在12位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字。

經(jīng)驗豐富的電路板設(shè)計人員將根據(jù)最終產(chǎn)品要求來使用最合適的解決方案。表1展示了每種溫度傳感器的相對優(yōu)勢/劣勢。

結(jié)語

溫度傳感器AD590常用作溫度測量與溫差控制，在工業(yè)與農(nóng)業(yè)以及人們生活中有廣泛應(yīng)用。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展，集成溫度傳感器DS18B20在數(shù)字電路中使用更加方便，性價比也比較高，而AD590結(jié)合AD轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計比較麻煩，但通用性比較強。

關(guān)于溫度傳感器ad590就介紹到這里了，關(guān)于常見的溫度傳感器測溫電路的介紹還有很多，篇幅所限就不再贅述了。