在工業(yè)系統(tǒng)和日常生活中溫度測(cè)量是最常見(jiàn)的非電量測(cè)量之一，溫度也是主要的被控參數(shù)之一。傳統(tǒng)的測(cè)量方法是：采用各種各樣的溫度傳感器將溫度參數(shù)轉(zhuǎn)換為電量，再將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再顯示。如需控制被測(cè)溫度，那末還要將反饋信號(hào)與設(shè)置信號(hào)進(jìn)行比較、運(yùn)算以控制制冷設(shè)備。由于一般溫度傳感器輸出的信號(hào)比較小，信號(hào)必須放大。加之傳感器的非線性，現(xiàn)場(chǎng)的干擾等問(wèn)題，使得一般溫度測(cè)量和控制系統(tǒng)線路復(fù)雜、體積大、造價(jià)高，而且難于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸和控制。研制廉價(jià)的帶有溫控功能的大眾化的溫控表，將具有現(xiàn)實(shí)意義。

　　隨著微電子技術(shù)的日新月異，從溫度傳感器、運(yùn)算放大器到A/D轉(zhuǎn)換器、顯示技術(shù)都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，各種各樣的（線性的、數(shù)字的）大規(guī)模集成電路和集成溫度傳感器的出現(xiàn)，使得研制高可靠的小型的數(shù)字化的廉價(jià)的溫控表成為可能。現(xiàn)在把筆者設(shè)計(jì)的在實(shí)際冷庫(kù)工程中應(yīng)用的一個(gè)溫控表介紹給大家。

　　一、設(shè)計(jì)思想和指標(biāo)

　　1、適應(yīng)范圍大的通用型。調(diào)查結(jié)果表明：在一般工業(yè)系統(tǒng)和日常生活中，溫度的測(cè)量和控制在-50e~+150e范圍內(nèi)占80%以上另外控制精度？0#5e已能滿(mǎn)足一般要求。根據(jù)以上的情況，確定溫控表的指標(biāo)為：

　　2、采用大規(guī)模集成電路，以簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)工作可靠性、穩(wěn)定性。

　　3、低成本、易安裝、易調(diào)試、易校準(zhǔn)，使用簡(jiǎn)單，方便靈活。

　　根據(jù)以上原則，采用AD590單片集成兩端式感溫電流源溫度傳感器和ICL710731/2位A/D轉(zhuǎn)換器。

　　二、AD590和ICL7107簡(jiǎn)介及外接元件參數(shù)的計(jì)算

　　AD590是半導(dǎo)體結(jié)效應(yīng)式溫度傳感器，它所流過(guò)的電流數(shù)值（微安級(jí)）等于絕對(duì)溫度（開(kāi)爾文）的度數(shù);激勵(lì)電壓可以從+4V到+40V;溫度范圍-55e~+150e;標(biāo)準(zhǔn)的輸出：1LA/bC線性關(guān)系。因?yàn)槭请娏鬏敵觯子谶h(yuǎn)距離傳輸，且不會(huì)因電壓降或感應(yīng)噪聲電壓影響產(chǎn)生誤差。

　　AD590有兩種封裝TO-52（金屬）和TO-92（塑料），一般使用金屬封裝。AD590的輸出電流為：

　　i（t）=io+t@K=273.2LA+t@1LA/bC式中：K）））AD590比例因子（K=1LA/e）t）））攝氏溫度

　　在本溫控表中AD590應(yīng)用于電壓輸入系統(tǒng)中，如圖1所示。

　　系統(tǒng)具有偏置（EOS）和增益調(diào)節(jié)裝置。在量程的最低溫度附近可作偏置校正，在所測(cè)的最高溫度附近可調(diào)節(jié)增益。根據(jù)電壓量程，RT取不同的值，在本系統(tǒng)中取RT=10k8 EOS=2#73V，則VO=10mV/Cb。ICL7107是CMOS構(gòu)造的自動(dòng)穩(wěn)零二重積分型，內(nèi)含時(shí)鐘振蕩器（外附R、C），差分輸入，高共模抑制比，低功耗，LED顯示及具有大規(guī)模集成電路的優(yōu)點(diǎn)的單片A/D轉(zhuǎn)換器。電路主要由兩部分組成：模擬部分和數(shù)字部分，工作原理如下。

　　轉(zhuǎn)換周期分為三個(gè)階段：自動(dòng)穩(wěn)零（AZ）階段、信號(hào)積分（INT）階段、反積分（DE）階段，其時(shí)間分別為

　　在反積分期的輸入時(shí)鐘脈沖數(shù)最大值是2000，當(dāng)?shù)扔诨虺^(guò)2000時(shí)溢出;當(dāng)不足2000時(shí)，只要反相積分期結(jié)束，即轉(zhuǎn)入自動(dòng)穩(wěn)零期，這時(shí)自動(dòng)穩(wěn)零期的時(shí)間增長(zhǎng)值$TAZ為

　　綜上：A/D轉(zhuǎn)換的三個(gè)階段共需4000個(gè)TCL時(shí)鐘周期，因?yàn)檎袷幹芷?分頻TCL，所以整個(gè)轉(zhuǎn)換時(shí)間為16000個(gè)TOSC（振蕩周期）。

　　根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換原理知道：D的最大讀數(shù)為2000，在前面已設(shè)計(jì)AD590的取樣電阻RT=10k8，則有10mV/Cb，設(shè)滿(mǎn)量程VFS=2.000V（即2000e），根據(jù)（4）式，就可算出參考電壓VREF的值，即VREF=1/2@2V=1V。當(dāng)然，也

　　可以固定VREF，用調(diào)整放大器的放大倍數(shù)來(lái)滿(mǎn)足讀數(shù)的要求。在本溫控表中，就是固定VREF的值，調(diào)整放大器的系數(shù)實(shí)現(xiàn)量程調(diào)節(jié)。ICL7107采用塑料或陶瓷封裝，雙列直插式，共40個(gè)引腳，引腳排列和功能如圖2所示。

　　下面介紹ICL7107外圍器件參數(shù)的計(jì)算：

　　（1）振蕩頻率fosc

　　一般取C=100pF，由于雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器第一次積分階段的時(shí)間TINI為電網(wǎng)工頻周期20ms（f=50Hz）的整數(shù)倍時(shí)具有無(wú)窮大的抑制串模干擾的能力。因此輸入脈沖的頻率必須滿(mǎn)足下式

　　自動(dòng)穩(wěn)零電容Caz大小的選擇依系統(tǒng)允許引入的噪聲為依據(jù)。一般在A/D轉(zhuǎn)換器具有較高分辨率時(shí)，要求引入小的噪聲，這時(shí)就要選用較大的自動(dòng)穩(wěn)零電容。因此，在滿(mǎn)度輸入Vfs=2V（分辨率為1字/1mV）時(shí)，Caz一般為01047LF。

　　（5）參考電容Cref

　　參考電容CREF的選取以保證A/D轉(zhuǎn)換器的翻轉(zhuǎn)誤差限制在1個(gè)字以?xún)?nèi)為度，一般選為011LF。

　　三、整機(jī)電原理圖及工作原理

? ? ? ? 整機(jī)電原理圖如圖3所示。

　　溫度傳感器AD590在激勵(lì)電壓（10V）作用下，在采樣電阻R21上產(chǎn)生電壓，經(jīng)跟隨器U2:ALM324分兩路輸出：一路給A/D轉(zhuǎn)換器的輸入INL0（ICL7107的31腳），一路給溫控比較器。信號(hào)采用浮空輸入，在輸出的另一端通過(guò)U2:BLM324加入偏置電壓（-2127V），使其0e對(duì)應(yīng)-2127V，偏置電壓是用正輸出可變型三端穩(wěn)壓器LM317L來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

　　在本電路中，ICL7107的參考電壓Vref是固定的，其值是Vref=10k/30k@218V=01933V，根據(jù)公式VFS=2Vref，則有VFS=11867V，這與采樣電阻RT=10k8上產(chǎn)生的0101V/e不一致，為此在U2:A的輸出端用W1來(lái)調(diào)整輸出的大小，使其放大系數(shù)《1，偏置電壓用W2來(lái)調(diào)整。

　　溫度控制由比較器U2:CLM324，U2:DLM324，帶復(fù)位（R）和置位（S）功能的雙D觸發(fā)器CD4013B，固態(tài)繼電器、K1（工作狀態(tài)開(kāi)關(guān)）、K2（溫度上下限設(shè)置開(kāi)關(guān)）來(lái)完成。首先要設(shè)定上下限溫度：K1置設(shè)置位置，K2置上限溫度位置。調(diào)W3，顯示上限設(shè)定溫度;K1位置不變，K2置下限位置，調(diào)W4，顯示下限設(shè)定溫度。溫度調(diào)整好后，K1置工作狀態(tài)，就可以進(jìn)入溫度顯示和溫控狀態(tài)。如果此時(shí)，溫度在上下限之間變化則繼電器不工作，處于保持溫度狀態(tài)。一旦溫度升高到上限溫度，則比較器U2:C輸出變?yōu)楦唠娖?，使觸發(fā)器置位，固態(tài)繼電器工作，制冷機(jī)開(kāi)動(dòng)，開(kāi)始降溫，直到溫度低于下限時(shí)，比較器U2:D輸出變高，使觸發(fā)器復(fù)位，固態(tài)繼電器關(guān)閉，制冷機(jī)停止，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。

　　四、溫度校準(zhǔn)

　　溫度表要進(jìn)行溫度校準(zhǔn)，校準(zhǔn)采用比較法。校準(zhǔn)的過(guò)程是這樣的：將溫度傳感器和標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)放入衡溫槽中，首先使衡溫槽處于0e（看標(biāo)準(zhǔn)表），調(diào)W2，使溫控表讀數(shù)為零;然后降溫至-50e（看標(biāo)準(zhǔn)表），調(diào)W1，使溫控表讀數(shù)為-50e，再升溫至+150e，調(diào)W1。這樣反復(fù)進(jìn)行幾次，校準(zhǔn)就完成了。