采用集成温度传感器的数字温度计设计

    由于水银温度计的测量精度低、易损坏,以及存在读数误差等原因,用于某些实验将大大影响实验结果的可信度;工业测温系统中常出现电压信号损失、噪声干扰和外围电路复杂等问题,随着科学研究、工业和家电对测温和温控的需要,各种新型的集成电路温度传感器不断被研制出来。其中,集成温度传感器AD590是电流输出型两端温度传感器,温度一定时,相当于一个恒流源,具有良好的线性和互换性,测量精度高,能消除电源波动,易于实现计算机在线测试与数据处理; 3位半带LED显示驱动的A/D转换器GC7140C具有单电源供电、输入阻抗高、低温漂、外围元件少等优点^[1-3]。因此,笔者提出利用集成温度传感器AD590和集成芯片GC7140C设计一种电子数字温度计来改善测温性能。

    1　AD590的功能特性

    温度传感器的种类较多,热电偶由于热电势小、灵敏度低和热电阻的非线性而影响其测量精度,铂电阻温度传感器的成本高,且易受氧化影响,因此笔者选用集成温度传感器AD590,它具有体积小、重量轻、线性度好、性能稳定和成本低等一系列优点。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,温度与电流的对应关系如表1^[4-5]所示。

    2　数字温度计设计原理

    数字温度计测温原理框图如图1所示。采用温度传感器将温度变化转换成电流变化,首先经过信号调理电路,将电流转换成与采集的温度对应的电压信号,然后经过GC7140C进行A/D转换,最后通过LED显示所测量的温度。

    2.1　测温电路设计

    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1℃,电流就增加1μA。当AD590的电流通过一个10 kΩ的电阻时,这个电阻上的压降为10mV,即转换成10 mV/℃。为了使该电阻更精确,可用一个9. 1 kΩ的电阻与一个调节电位器串联,然后通过调节电位器来获得精确的10 kΩ^[6-8]。信号调理电路原理图如图2所示。图2中,运算放大器A1构成了阻抗变换电路,运算放大器A2及外围电阻构成了转换电路。阻抗变换电路实质上是一个电压跟随器,电路引入了电压串联反馈,其反馈系数为1。阻抗变换电路可提高输入阻抗而降低输出阻抗,起缓冲、隔离、提高带载能力的作用。A2的作用是把绝对温标转换成摄氏温标,在A2的同向输入端输入一个恒定的电压1. 2 V(稳压二极管LM385稳压在1. 2 V),然后将该电压放大到2. 732 V,A₁与A₂输出端之间的电压差即为转换成的摄氏温标^[9]。

    (U_A2-U_P2) /(R₃+R_P2) =U_P2/R₄U_P2=U_N2=1.2V