AD590 集成电路温度传感器的特性测量与应用

摘要：本文详细介绍了研究AD590特性的方法，及AD590温度传感器的测温原理及应用的实验过程。

关键词：集成电路;温度传感器;最小二乘法;温度特性

1引言

集成温度传感器将温敏晶体管与相应的辅助电路集成在同一块芯片上，能直接给出正比于绝对温度的理想线性输出，一般用于-55℃~±150℃之间的温度测量。温敏晶体管在管子的集电极电流恒定时，其基极发射极电压与温度成线性关系，为克服温敏晶体管vb电压产生时的离散性，采用了特殊的差分电路。集成温度传感器具有电压型和电流型两种，电流输出型集成温度传感器在一定的温度T时相当于一个恒流源。因此，它不易受接触电阻、引线电阻、电压噪音的干扰，具有很好的线性特性。

本实验采用国产的AD590，它只需要一种电源（4.5~24V）即可实现温度到电流的线性变换，然后在终端使用一只取样电阻，即可实现电流到电压的转换。它使用方便，并且电流型比电压型的测量精度高。

2传感器的特性测量

2.1实验内容
测量AD590在电源电压稳定时，输出电流与温度的关系及不同温度下的伏安特性，采用图1所示电路。

实验中为了测量不同温度下的AD590的特性，必须将AD590用铝外壳保护且引线用绝缘材料封闭，置于恒温水浴中。伏特表测量电阻两端的电压。由于AD590近似于高精度电流源，所以要求伏特表有足够的测量精度，本实验采用了三位半数字电压表测量电压值。对于电阻R，一方面要有足够的有效数字，另一方面其压降又要使伏特表的读数有足够的有效数字。本实验采用了0.1级电阻箱。数值为200.0，由I=V/R，即得AD590上的电流值。以温度作为自变量，电流I为因变量，方程为：


2.2数据处理
表1为实验测得的一组数据，显示温度和电流的关系（R=200）。

用最小二乘法进行拟合，通过计算机程序，输入10组实验数据计算得出、和相关系数，程序如图2所示。

3 测温电路

3.1实验内容
设计一个用AD590精确测量0~100℃范围内温度的电路，为使伏特表的示数正好是摄氏温度的读数，取R1上的电压与R2上的分压差作为V的输入。测温电路如图3所示。


图3中电阻值根据伏安特性测量时用最小二乘法拟合结果计算得出。电压表的读数△U为：
△U=R1×I-U0R2/（R2+R3）(2)
由式（1）、式（2）联立得：
△U=R1+R1-U0R2/（R2+R3）

根据非平衡电桥法测温度必须有以下关系：
R1=1（3）
R1-U0R2/（R2+R3）=0（4）

3.2阻值的选取
选取R1、R2、R3合适的阻值，满足式（3），式（4），具体操作方法如下：
（1）对于R1β=1，由于前面在传感器特性测量中已算出较为准确的值，R1仍然可由计算机程序按照R1=1计算得出（R1在1k左右）。
（2）对于R1x-U0R2/（R2+R3）=0，注意到该式的物理意义，是AD590在0℃时的输出电流，R1即是在0℃时R1两端的电压，而U0R2/（R2+R3）很明显是R2分得的电压，显然如果将AD590浸于冰水混合物中使其工作在0℃，再调节R2和R3的阻值使电压表显示值为0，即可满足R1x-U0R2/（R2+R3）=0。操作时，选R2与R1相同的阻值再调节R3使电压表显示值为0（R3的值大概在50kΩ左右），此时电桥平衡，R1和R2两端电压约为273mV，R3阻值为AD590在0℃时该电路的阻值。
（3）开加热电源,仔细观察温度变化情况与数字电压表数值的变化情况,调节R1和R2,使数字电压表读数与温度表读数一致,变化情况也一致（温度升高或降低10℃，电压表的读数与温度表的读数差值不超过0.1℃为成功）。记下此时的R1和R2的值。校准完毕后，可用该温度计测量其他待测物体的温度值。

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。AD590温度传感器不但实现了温度转换为线性化电量测量，而且精确度高、互换性好、应用简单方便，因此，可把输出的电信号经AD卡转换为数字信号，由计算机采集Vi-t的数据，以发挥其实时和准确的特点。把AD590用于改进一部分物理实验，如空气比热容比的测量、金属比热容的测量及液氮汽化热的测量等，都取得了良好的效果。总之，与水银温度计、铜-康热电偶温度计及半导体热敏电阻温度计相比，AD590具有线性好、测温不需参考点及消除电源波动等优点，因此在常温范围内可以取代它们，广泛的应用于科技和工业领域中。