环境监测的智能化控制

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VBE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1mA/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（mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即： mA/K 式中： —流过器件（AD590）的电流，单位为mA； 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1mA，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710MW。 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1kW时，输出电压VO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VO=273.2mV。或在室温下(25℃)条件下调整电位器,使VO=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VO=0，然后在100℃时调整R4使VO=100mV。如此反复调整多次，直至0℃时，VO=0mV，100℃时VO=100mV为止。最后在室温下进行校验。例如，若室温为25℃，那么VO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180kW，使得温度为0℃时， VO=17.8mV；温度为100℃时，VO=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100kW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=90kW 则有： = = （5） 其中， 为温度差，单位为℃。 由式（5）知，改变 的值可以改变VO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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