Conçeption, Calibration et Installation de Capteurs de Température et d'Humidité Compatible avec un Ordinateur Pour une Serre Automatisée

DE TEMPERATURE ET D'HUMIDITE

·

coMPATIBLE AVEC UN

~

ORDINATEUR POUR UNE SERRE AUTOMATISEE

PAR

JEAN-FRANCOIS RICHARD

~

SOUMIS POUR LE

-

COURS 336-490D

1 MAI 1984

DEPARTMENT OF AGRICULTURAL ENGINEERING

MACDONALD COLLEGE OF MCGILL UNIVERSITY

STE-ANNE DE BELLEVUE

/

L~auteur

de ce projet

remer~ie

les conseils donnes par

le Dr. R. Kok. L#-aide de G.Desmarais fut egale1

11ent

.

~

apprectee.

Une unite fut con9ue et construite afin

d~y

installer deux(2)

capteurs de

temp~rature.

Ceux-ci emettent un courant

p~portionnel

a

la temperature.

A

lAaide dAune chambre

a

air pourvue d•un systeme de

contr~le

de temperature, le signal analogue produit par le premier capteur

a

ete

calibre

1 ineairement avec la temperature seche tandis que le

second le fut avec la temperature humide.

Finalanent, un support a ete construit pour installer

1~

unite

dans la serre.

Page

T

t

re

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • it • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • Remer~iements

.

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Table

des

matieres

'

Li

s

te des figures

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i

V

Liste des

abbr~viations

V

I )

Introduction ..•..•...••.•••••...•.•.•••••..

o • • • • •

1

I I )

Object fs

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2

I I I )

Le site

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3

IV)

Conception de

l~unite

3

a)

1-\

idee de me sure de

_temperature

"

. .

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₃

b)

1

e controle du niveau

d~eau

. .

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₇

c

1

e conduit de

_{securi te}

"

. .

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₇

d)

1

e plancher

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8

V)

La possib

te de choix de capteur

11

a)

les t he rm i s t an c e s

11

b)

le thermocouple

13

c)

le transducteur AD590

14

V I)

Le circuit electrique pour le capteur

17

V I I)

La calibration

.

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21

VIII) Le support

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24

IX)

Conclusion

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26

X)

Bibl iographie

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27

Appendice A ••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 28

Appendice

B •••••••••••••••••••••••••••••••••••••

30

Page

/

Fig.1

Vue exterieure de 1 a serre

• 0 • • • • • • • • • • • • • • • • • • •

4

Fig.2

Vue

interieure de 1 a serre

/

.

. . .

. . .

.

. . .

4

Fig.3

Arrangement

preconise pour 1 a lecture des

/ I'

;

t emp e r at u r e

s

. . .

6

Fig.4

La valve de controle

d~entree d~eau

••••••••••••

9

Fig.5

Vue de devant de l,..unite •••••••••••••••••••••••

9

F .

₁

_g.

6

V

_ue

d

_e

d

_err

1

·

'

ere

d

e

1....

un

.

1

t e ••• o • o o o •• o o o o o o o • o • o

"

10

Fig.7

Vue interieur de 1·unite

10

Fig.8

Le systeme d .... acquisition de donnees oo•••ooooooo

12

Fig.9

Circuit et characteristiques des thermistancesoo

12

F i g • 1 0 L e t r a n s d u c t e u r AD 5 9 0 • • o o o o o o o o o o o o o o • • • o o o • o o •

1

6

Fig.11 Premier circuit considere pour le AD590o.ooo•o•o

18

Fig.12 Circuit final ooooooooo•oooooooooooo•o•ooo•ooo••

18

Fig.13 Circuit pour chaque unite

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

20

I

Fig.14 Graph du voltage vs temperature •ooooo•o••ooooo•

22

/

seche

Ts

temperature

TH

;

humi de

temperature

V

s

voltage

assoc1e a

.

,/

T

s

Vv.

voltage

assoc1e a

.

;

TH

I

courant

S .A. D.

syst~me d~acquisition

de

donn~es

"

I) Introduction

La popularite des serres a augrente rSTarquablarent

depuis une trentaine d'annee specialarent pour la production

de f 1 e u r s , f r u i t s e t 1 e g une s

•

A c a u s e de not re c 1 irm t

continental, qui ne perrnet qu'une recolte par an, le rmrche

agro-alirrentaire possede une periode de deficience de ces

produits au cours d'une annee.

L'Unportation de ces denrees, l'entreposage

a

long terrne

dans des entrepots et 1 'usage des serres sont les trois

met hode s eau r allnen t uti 1 i sees pour resoudre ce probl are

cyclique.

Afin de maximiser l'usage des serres conventionnelles,

des recherches ant ete ef fectuees pour autanat

i

ser ces

dernieres.L'utilisation maximale de la surface de la serre,

un en vi ronnSTent opt

irml

control e pour 1 a croi ssance des

plantes et la reduction de la main d'oeuvre sont les buts

vers lesquelles tendent l'autanatisation.

Pour obtenir un environnarent optirml pour les plantes,

deux el8Tents doivent etre respectes. Ceux-ci sont la lecture

et

le contole des

parametres qui

influent sur

l'environnSTent.

Ce projet portera sur la lecture de deux de ces

pararetres, la tanperature et l'hunidite, qui seront utlises

par des el8Tents de controle.

II) objectifs

- Selectionner un capteur caTpatible avec le S.A.D.

-

Con~evoir

et construire une unite pour

y

installer

les capteurs.

III) Le site

La serre utilisee pour ce projet d'autanatisation est

situe

a

l'arriere du centre d'horticulture du college

~cdonald.

Les dirrensions de la serre, de section en forrre

de derni -1 une, s ant de lOO

1

_x30

1

_xlO

1

•

Une experience sur 1 a

production de salades par culture hydroponique s'y deroule

actuellSTent(voir fig.l et fig.2)

IV) La conception de l'unite

a) 1

1

_{idee de}

~sure

_{de tSTperature}

L

1

_{unite consiste en une bo1te de tale galvanisee}

contenant deux capteurs de tSTp§rature. Cette boite possede

le role

i~ortant

de proteger les capteurs car ceux-ci sont

t r

e

s f rag i 1 e s • Un t

i

s s u t res pore u

X

en ve 1

0

p pe u n cap t eu r .

Afin que tout le rrnrceau de tissu reste toujours hunide, le

f

0

n d de 1 a b

Ol

t e e S t r

8Tp

1 i e d

1

_{eaU j US qu}

1

a

_U

_{ne ha Ut e U r de}

₁

pouce

de sorte que l'extranite du tissu soit en contact

permanent avec l'eau.

Le but de cet arrangaTent est d'obtenir une

~sure

de la

t ernp

e

r a t u r e sec he par 1 e cap t eu r

•

l et un e

~sure

de 1 a

ternperature hUlli de par 1 e capteur. 2. Ces deux capteurs

envoient chacun leur

~sure,par

1 'aide d'un signal

elec~ique,

a u s y s t €me d ' a c q u i s i t i on de do n n

e

e s q u i u t i 1 i s e c e s

informations Un progrcrnne peut alors calculer le taux

d'hunidite relative. Afin d'obtenir une valeur moyenne de ces

Figure 1. Vue exterieure

de

la serre

pararetres, trois unites sJbnt installer dans la serre. Cela

assurera la validite des lectures en faisant une carparaison

entre elles.

Par contre, pour que les capteurs estiment la

tenperature de la serre, une circulation d'air

a

travers la

bo1te est necessaire. A cet effet, un ventilateur et deux

grillages furent installes dans la boite.

ce

plus,

la

presence du ventilateur assure en

rrETe

terps

l'une des trois precautions

a

respecter

afin d'evaluer avec

precision la terperature hunide. Celles-ci sont:

i) Le tissu doit etre carpletBTEnt mouille de sorte

qu'aucune surface seche du tissu soit en contact

avec l'air.

ii) La vitesse de l

'

air en direction du capteur.2 doit

etre assez grande pour assurer que le flux de

chaleur par

radiation

entre l'environaTEnt et le

capteur.2 est negligeable en carparaison du flux

de chaleur par conduction et convection entre

l'air et le capteur.2.(1)

;

iii) La tenperature de l'eau doit etre egale a celle de

l'air.

En respectant ces

precauttons,

,.

.

1

a tsrperature huni de

devient independante de la velocite de l'air pour une grande

,

/

)

CA

PTEUR

.1----+---S.AQ

CAPTEUR.2

_.

EAU

·

-~---.

...._-+--

Tf SS

U

~---~-1---J!r-4

VEl\J

TlLATEUR

---...a

/ :.

AIR

..

AfR

---VI\LVE DE

(8)

PLAN CH ER

(c)

,___~

·

AU

S.A.

D.-I

·---I

!

r

I

I

I

' - . .

I

VALVt:

POUR

i

EVAL.UER

I

REGULATION

L

EAU

AU

~

S.AJl

1

..

CONDUIT

DE

sEcuRrTE

,.

b) controle du niveau d'eau

En ce qui a trait au controle du niveau d'eau dans le

fond de la boite,deux solutions etaient possible soit une

circulation d'eau continue ou !'utilisation d'une valve de

regulation actionnee par un flotteur dispose sur la surface

de l'eau.

La praniere possibilite a ete elanine car elle requiert

deux valves: une valve

a

l'entree de la boTte et une autre

a

la sortie.Ces valves doivent etre ajustees de sorte que le

ni veau d'eau soi t de

1

pouce. Cette solution arene deux

probl6Tes dont le pranier consiste en !'utilisation de l'eau

a

la sortie de la bo1te. Si elle est dirigee

a

1

'exterieur de

la serre, il s' agira d'une perte couteuse

a

la longue. De

plus , parce que

1

'eau circule toujours, elle ne peut devenir

en equilibre therrnique avec l'air ce qui ne respecte pas la

precaution.3 rrentionne dans la partie 2-A.

La seconde possibilite a ete choisi pour la raison de sa

S

imp

1

i

C

i t

e

e t de

S

a f ac i

1

i t e d

1

i n

S

t a

1 1

at i on (

V 0

i r f i g • 3b

etfig.4).

c) le conduit de securite

Lh conduit de securite fut auusi place dans la boite au

cas ou la valve de controle du niveau d'eau serait

defectueuse.

(voir fig.3c) Dans ce cas, le niveau d'eau

~ntera

jusqu'a ce qu'elle atteigne

1

'entree du conduit.L'eau

Ce con d u i t e f f e c t u er a u ne

double fonction. Il

renplacera la valve si elle casse.Ceci evitera l'eau de

~nter

et d' entrer en contact avec le rrnteur du ventilateur

car le rrnteur en serait detruit.

d) le plancher

Les capteurs 8rettent un signal au S.A.D. selon la

valeur de la tSTperature et l'hunidite de l'air de la serre.

Des 6nanations de vapeurs d'eau provenant de l'eau situe au

fond de la boTte peuvent se

~!anger

a

l'air de la serre ce

qui

entrafnerait une lecture fausse de la tBTperature hunide.

Pour el€miner ce rrelange nuisible, un plancher a ete

place. En outre, ce plancher previendra un contact entre

l'eau et le rrnteur si la boite est penche par inadvertance.

F

i

n a 1 ene n t , u n

i

n d i c a t e u r de n i v e a u f u t

.

tnsere a

,.,

'

1 'exterieur de la boite afin de pouvoir verifier que le

...

'"

niveau d'eau sans a avoir a ouvrir la parte de la boite.

Des dessins plus detailles de la conception finale sont

inclus

a

la fin de ce rapport.Voir fig.5,6 et7 pour !'aspect

Figure

4.

La valve

de

control

Figure 6. Vue

de

der

riere

V) La possibilite de choix des capteurs

Le pranier stade du controle de la tanperature et de 1'

hunidite consiste en 1' irrplantation d' instrunents de rresure.

Il est

a

noter que la regularisation de ces deux paranetres

s'effectuera par l'anploi de deux ventilateurs et de deux

evaporateurs respectiveTent. Puisque les notions de rresure et

controle sont

extr~nt

associes,il parait done necessaire

d'etudier les capteurs eux-rrETes ainsi que leur adaptation

dans les circuits afin de les selectionner correctanent.

Un el8Tent de restriction face au choix du capteur de

tffnperature et d'hunidite est le S.A.Ds.Ce systSTe contient,

entre autres, 16 canaux d'entrees d' information. Ces entrees

peuvent refevoir un signal analogue sous forrre de tension. Le

plus grand chanp de tension adniss

i

ble est de +5v tandis que

le plus petit est de +20nv.

En sanre,cette unique restriction du S.A.D. face au

capteur de tanperature est que le signal doit etre

re~u

par

le S.A.D sous forme de voltage et que ce voltage doit aussi

etre COTpatible avec le chanp de tension adnis par les canaux

d' entrees.

a) Les therrnistances

Il s'agit de materiaux sani-conducteurs generalSTent

fait d'oxide metallique. La variation rapide de leur

~

,..

... /

resistance due a un changeTent sensible de la tanperature

perrnet des rresures grandes precisions.

Cependant, la construction d'un

~ntage

de cOTpensation

plus, un problare de carpatibilite avec le S.A.D. se pose

puisque le signal de la thermistance est une resistance

variable (voir FIG.9).

N€rre

si un circuit peut etre

~labor~

afin

d' obtenir une tension en fonction de la tSTperature,

un progranne d'ordinateur(en utilisant des regressions

lineaires) aurait

a

etre ecrit afin de trouver cette

relation.

La thermistance devient done inadequate

c~

capteur

a

cause de ces probl8Tes carplexes engendres.

b) le thermocouple

De tout les capteurs, le thermocouple est peut-etre le

plus facile

a

visualiser. Ce dernier consiste essentiellSTent

de deux conducteurs dissimilaires soudes ensSTble

a

une

ext r€mi te pour f orrrer 1 a "j on et ion de me sure". A 1 'ext reni te

0

p p

0 S

e e , n cnme 1 a " j

0

n

C

t i

0

n de r

e

f e r en

C

e " ,

1 e

S

de

U X

conducteurs ne sont pas soudes • Lorsqu' une difference de

tgyperature est appliquee entre ces deux jonctions, une force

electrOTOtrice est generee

a

la jonction de mesure.

De ce bref resLJTe, on s'aper_roit que le thermocouple

mesure une difference de tSTperature. Si la tSTperature

sounise

a

la jonction de reference daneure constante, alors

la t8Tp€rature

a

mesurer peut etre calculee.

Le thermocouple est carpatible avec le S.A.D. car la

f.e.m. produite est un voltage. Une autre tension bien

__.. /

calculi, fournie par une batterie ou par un generateur de

tension, peut etre additionne

a

la f.e.m. afin d'etre

ccmpatible avec le chcrrp de voltage requis par les canaux

d'entrees.

En considerant !'utilisation du therrmcouple ciTTire

c a p t e u r

de t enp er at u r e , c e de r n i er of f r e u n p r ob 1 'Erne

presqu' insoluble due

a

un caractere inherent

a

sa nature: la

jonction de reference.

G en

e

r a 1 eme n t , 1 a t enp

e

r at u r e

(cons i deree comne

constante) sert de point de reference. Afin d'evaluer une

tffT1)erature inconnue

a

la jonction de rresure. Puisque le

capteur doit rresurer justSTent la tSTperature anbiante de la

serre, la jonction de reference doit done etre sounis

a

une

tffT1)erature constante autre que celle de l

'

air de la serre.

Ceci irrpliquerait,par exSTple, la construction d'une chaTbre

a

air dans laquelle la jonction de reference serait sounise

a

une tffT1)erature constante di fferente de la tSTperature

crrbiante.

Ce desavantage irrportant relegue de cote le choix du

thermocouple ciTTire capteur.

c) le transducteur A0590

Ce capteur consiste en un circuit

.

1

ntegre avec deux

,

terminaux (voir f ig.lO). I l produi t un courant electrique

proportionnel

a

la tBTperature absolue. Lorsqu'une difference

de potentiel entre+4V et

+

30V est applique, le transducteur

devient un regulateur de courant constant fournissant

~a/ok

due

a

sa grande irrpedance.

Le bas prix du transducteur caTbine avec !'elimination

de circuit de support fait que le AD590 est une alternative

attrayante pour mesurer la tenperature.Un circuit de

linearization et anplificateur de voltage precis ne sont pas

necessaire en utilisant le AD590. De plus, ce dernier n'est

pas sensible aux baisses de tension inherent sur de longs

fils. Il peut soutenir une tension d'alirrentation de -20V

jusqu'a +44V sans de danmages. Enfin, un voltage irregulier

e t

1 ' i n v e r s i on de s t e rm i n a u x n ' en d oma g e r on t

p o i n t

l e

transducteur. Voir les specifications du AD590

a

l'appendice

A.

Le transducteur AD590 fut choisi ccmre capteur de

tSTperature

a

cause de ces avantages.

tvbre

si 1 e signal du

.AD590 n'apparait pas carpatible avec le S.A.D., un sirllJle

c i r c u i t

p e u t

f a c i 1 ane n t

c

0

r r i g e r

c e t

i me amp a t i b i 1 i t

e

illusoire.

VI) Circuit electrique pour le capteur

Les

limites

de lecture du capteur devront correspondre

avec celles du milieu exterieur. Ceci est base sur la

p

0

s s i b i t

e

d u b r i s d u s

y

s t eme de c ha u f f age

0

u de

refroidissSTent. Si cette eventualite survient, alors la

tSTperature

a

l'

interieur

de la serre sera identique

a

celle

de

1

'exter

i eur. Une val eur rai sonabl arent approxirrat i ve de

ces limites est de +40°C en ete et de -30oc pour l'hivere

Traduit en terme electrique, ces valeurs sont

373~

et

243AA respectivBTent. Afin que le A0590 soit cOTpatible avec

le S.A.D. il faut transformer ce signal sous forme de courant

en une tension.

/

Le prenier circuit

con~u

est scharatise

a

la fig.11. La

tension fournie au prenier terminal est une valeur fixe qui

peut etre choisie entre 4V et 30V cc. Un changanent de la

tension d'operation affectera la valeur du courant de sortie

pour la

rrffre

tSTperature. Neamins,

la

relation de Jp..A/

0

k

dSTeure toujours valide. Par consequent, une fois la tension

d'operation selectionnee, le

potenti~tre

doit etre ajuste

de fa_ron que la resistance entre le point.1 et le point.2

soit de 1000 ohns.

Les limites du signal enis par le capteur seront:

V

=

~/

k

*

373 k= 373TW

V

=

~/

k

*

243 k= 243

rrW

Quoique le signal du JV590 est maintenant ca-rpatible

avec le S.A.D., le circuit a ete rrodifie afin

d'~liorer:

+

4-30 V

1

2

Figure 11. Premier circuit considere

+

4 T0+30V

R

'

_\

l

V.=-277mV

Figure 12. Circuit final

V=

·

RI

V=1ooo -xl

voltrnetre peut indiquer une tension

a

une

deci-rrale pres si le voltage

a

rresurer est inferieur

a

lOO

rrW.

2) le charps de tension.Seulanent ((373-243)/800)*100

=

16.2~k

est utilise.

Lh dessin du circuit final est indique

a

la fig.l2 et Il

s'agit d'un signal differentiel receuilli entre la sortie du

terrninal.3 du A0590 et une tension de 277

rrW

(fournie par un

generateur de tension). Alors, ce chanps de +50 rrWa ete con9u

pour perrrettre des lectures entre +54 C et -46 C.

Ce circuit perrret des limites de lecture superieur, une

precision d'une decirrale et un charps de tension pleinSTent

utilise.

I

'---AU

SA.O

F

i

gu

re 13

.

Circuit pour chaque unite

----

.

•

i

•

I

I

I

t

---~

VII) La calibration

Afin de ve"'rifier la linearilite du signal 'Emis par le

AD590, une unite fut disposee

a

l' interieur d'une chanbre

~

air controle. Des fils electriques furent installes entre les

capteurs et le circuit electrique situe

a

l 'entree du S.A.D ••

Une tension de +12V a ete appliquee aux deux capteurs.

La chambre de contra le fut mise en marche et la

tBTperature seche fut ajustee

a

20

°

C. Puis, le potentianetre

R2 a ete act i onne j usqu

I

a

ce que

1

e voltage

,

6nl

.

s

par

1

e

capteur soit de 20.0 ITN. La

rrETe

procedure fut anploye pour

la calibration pour la tBTperature hunide. La tarperature fut

augnentee par incr6Tent de 2 C.

I

1

est

a

noter qu'aucune baisse de tension n'a

ete

,

""

,.

observee due

a

la longueur des fils electriques.

Le

resultat indique que les voltages anis par les deux

capteurs sont proportionnels

a

la tBTperature. Il est

a

noter

que la resistance du circuit pour faire la lecture de la

tanperature hunide n'a pas ete bien ajustee. Cette erreur a

simplEment decalle paralelle-rent la courbe par 5.0

rrlv'.

Cependant, la relation de proportionalite lineaire n'a pas

et e influence.

La tBTperature de la chanbre de controle est constanment

en train de varier legerSTEnt. Par exarple,,

a

20·C,il existe

'

toujours une fluctuation de ±0.5 C. Ceci est un problSTE

inherent au

syst~

de chauffage et de refroidissBTent de la

chcmbre. De plus, l'appareil utilisee pour rresurer la

~

'

VOLTAGE

EMiS

PAR

LE

IAD590

,

VS TEfVlPERATURE

.

40r---~--~---30

2.0

10

/

/

I

-~

10

30

40

/

TEMPERATURE l°C)

~ ...

expliquent la legere variabilite des points sur le graph.

Neano ins, mane si 1 es capteurs peuvent eval uer 1 a

terperature a

+D.s•c

pres (voir appendice.A), cette precision

deviendra inutile dans la serre car la tEJll)erature,sur un

VIII) le support

Un support a

~te

construit afin de soutenir les unites

dans la serre. Il se cOTpose de deux parties. La preniere est

relie

a

l'unite par deux vis infinies qui sont fixees aussi

sur une barre rrftallique(acier). Ce support est mis sur une

seconde tige dont le pied est coule dans du cirrent.

(voir

Fig.l6). Une vis sert de jonction entre ces deux parties.

La hauteur de l

'

unite peut etre varie en mettant la vis

de jonction au trou a laquelle !'hauteur desiree sera

obtenue.

La hauteur devra etre ajustee de sorte que l'unite soit

tout juste au-dessus des plantes.

LE

SUPPORT

2

.5

cm

0

!

D

5.0

m

1Bm

g

R

E

U

E

·.

_x

_.5

_m

D

IA

C

I

M-

T

6

.

5

c

.,_

_______

:

Fi

g

ure

15.

Le support

IX) Conclusion

La corrbinaison du tansducteur ft0590 et de l'unite

s'est revele satisfaisant pour faire la lecture des deux

paranetres. L'unite

a

respecte les precautions rrentionnees

, """' / . / r- / '

en page 5. La precision n'a put etre evaluee due aux legeres

variations de tenperature inherentes au fonctionnSTent de la

chanbre de controle.

Cependant la flexibilite de leur utilisation, la

simplicite des capteurs ainsi que la valeur protective de

l'unite en font un appareil ideal pour etre anploye dans une

serre.

Bibliographie

(1)

~abe

and Snith, 1967 Lhit operations of chanical eng.

NbGraN-Hill, Second Edition, p.686

Appendice A

PRELtrv11NARY TECHNICAL DATA

FEATURES

Linear Current Output: 1J.1A( K

Wide Range:

-55°C

to

+150"c

Probe Compatible Ceramic Sensor Package

Two-Terminal Device: Voltage In/Current Out

Laser Trimmed to ±0.5°C Calibration Accuracy (AD590M}

~

i

Excetlcnt Lir.earity: ±0.3cC Over Full Range (AD590M) -·. · · .. ·

-jjJJ--

·

4

~

-

-:-:-.:.~

1 :- -·

:::(#":-_

.:-:-.

·

.

·~~.-.;.,..-..:-:'"yt

;,

:"":_..

..

Widfl Power Supply Range: +4V

to

+30V

Sensar

lsol.ltion

from Case

low Cost: $1.95 (100's,

ADSSOIH}

PRODUCT DESCRIPTION

The AD590 !sa t-.\·o-termin::ll integratcJ circuit temperature transducer which p:-oduccs an l)Utput current proportional to

absolute tcmpenture. For suppiy ,·olragcs bcn\·ccn +4V and

+30V the de,·ice acts as a high imped:1ncc, constJ.nt current

rcgu!ator passir.g 1;1.-\/°K. Laser trimming of the chip's thin film

rcsiswrs

is

used to olibrJte the de\·icc to 298.2J.1A u:.ttp~t at

29{).2:)K (+25:)C).

The AD590 should bL· used in

u:y

t:ernpcrat~re sensing

applic2.-tion below + 150° C

in

\\·hich conn~ntional electrical tempera

-tun: senso:-s :n_e currently employ.ed. The inherent low cost: of

a mono!i~hic intcr:rated circuit combined with the elimination

of

5U pporr circuitry m:;kes the AD 5 90 an ~ttra~tivc: alternati\-e

for many t~?mpcrature rncasu:tmcnt siru:Jtions. Lin{:Jrization

circ uitrv precision vo!t:age am pl ificrs, resistance measuring

\7ircuitr~

·

·

and cold junctio.n

(ornpc:ns~tion

are not needed

in'

applyir.f! the AD5 90.

In addition to tc:np-:rcrure mL·.t~urt·ment, applicHi<,ns include

ternpt:r:Hun: cnmpcn:;Jtiun ur .:'-,r:n:rion of disrretc compC1·

ncnt:.. bi~t:~ing propcrril)f:J; tt· J0:'1 . .'l!Jt.1~ tempu~turc, flu\,. r::-..tt:

ml'?.Surt·rr~cnt, kv'-·! dc~cctioi1 '-1f f!uiJs :Ind a::;c:nometry-. The

AD59U is J\·:tibo!c: in

chip form

filaking it suitable fo: hyb;·id

circuits and fast rrrr.pc:-;Jturc m~asurcmcrns in prore.::tc<.!

en-vironments.

Th<: ,\D59U is parciclibriy ust::fui

in

remote sensing applic~­

tions. The device is inscnsitin:- to Yvl~::igc drops over long lines

d~c tu its high imp.:dJncc current l1Ui.put. /1.ny ,.,·ell-insulated

twisted pair is suffici~.:-;H far operation hundreds of feet from

thL· recci•:in(' circ~itn·. The O'.Hpur chuJcterisrics also make

the AD590

~JS\'

to

~.t.;!tipk:c

the current on be switched by

a

C.\105

m1d~iplc;:cr

or

lh~..·

5Uj)f1!y

n>l!agc

C:.!~

Le.-

switched by

:: lugic g2tc oui:p~t.

PRODUCT HIGHLIGHTS

1. The AD590 is a calibrated rwo terminal tempt:r;.Iturc sensor

requiring only a Jc ,·oltage supply (•4\' to +30\').

C0sdy

transmitters, filtns, kad win: C<•mpens;.nion athl

iine:lnza-tion circuits arc

all

unnecessary

in

applying the

Jn·in.:.

2.

State-of-the-art laser trimming at the wafer

kn.:l

in ~onjun'-·­

tion with extensi,·e final testing insures that AD590 units

are easily interchangeable. .

3. Superior interference rcjc.:ction results from the output

being a current rJthn than a ,·oltage. In addition. power

requir~m~nts arc low ( 1.5mW's@ 5V@ +25°C).·Thcsc

features make the i\0590 ea~y to apply as a remote sensu:.

4. The hi~h output impedJncc

<>

Hl,\H1) provides excellent·

rejcctio·n of supply voltage drift and ripple. For instanct.·.

changing: the powt:r supply from

SV to 10\'

results in onl~·

a ljJ.·\ m:1ximum curren_r change, or lcC c.:qui\·alcnt c:rror.

5. The :\DS90

is

t:lcctrically durable:

ir

will wirhstan'"t

a

forward ,·oltage up to 4-4V and a f(:VI.'fse \·olta~,_. of 20\·.

Hence. s.upp}y irn:gulariti('S or pin rn-ers:1l wili 1.1ur J:Hzu;-.·

the dn·icc.

6. The device

is

hermt:ticJlly sealed in both a cera .. :nie scnso·r

package and in to T0-52 package. MlL-STD-883

pro-cessing to

kvel B

is a\'ailabk

and, for

hrge unit volum~s ..

special accuracy require:ncnts over limited temperature

ranges can

b

,

:

satisfied by selections at final test. The dt·\·!cc:

PIN DESlG:\A TIOI'\S

Dimen'>ions shown in inches and (mm).

T0-52 P.-\CKAGE: DESIGNATIO~ "H'' 0.02$ (0 711 BOTT0'-1. VIe\',

l

0.~ 112.7) ~IN

_l

014.

Th.:- 590H has 60J.1 inches of gold plating on its Kovar leads and

Kovar header. A resistance welder is used to s~al the nickel cap to the header. The AD590 chip is eutecrically mounted to the

heada and ultr2sonically bonded. to with 1 mil :duminum

\\-·ire. Ko\·ar comrosition: 53% iron nominal; 29% ± 1% nickel;

17% ±]%cobalt; 0.65% manganese max; 0.20% silicon max; 0.10% aluminum max; 0.10% magnesium max; 0.10% zirco-~:um ma.x; 0.10% ti~2.nium max; 0.06% carbon max.

Fi..AT-P.-\CK PACKAGE: DFS!GNATJON .. F ..

~

sistors from which it is m:tcfe tn n.:alizc: its temperature propor-tional characteristic: if two idc:nticaf transistors Jr<.: opcr::ltt:d at a constJnt ratio of collcnor current dcnsiri ... -s; r, then the difference: in their base-emitter voltagcs will be: (kT/q)(ln r). Since bot.h k, Boltzman's constant and

q.

the charge of an electron, arc constant, the resulting voltage: is directly propor-tional to absolute tempcra~ure (PTAT).

In the AD 5 90, this PTAT \·oltagc is converted to a PTA T cur-rent by lcnv tempera tu re coefficient thin film resistors. The

total current of the device is thcn forced to be a multiple of

this PTAT curn:nt. Referring to Figure 1. the schematic

di4-gram of th~ AD 5 90. Q8 and Qll 2.rc the transistors that pro-duce the: PTAT voltage.

RS

and R6 com·e~t the voltage to current. Q1 0, whose collector current rrac·ks the collector currents in Q9 and Qll, supplies all the bias and substrate leakage current for the rest of the circuit, forcing the total current to be PTAT. R5 and R6 are laser trimm<:d on the wafer to calibrate: the device at +25°C.

Figure 2 sho\vs the typjcal V-1 characteristic of the circuit

at +25°C and the temperature extremes.

R!oo 146!: + R, k1. 260!: 1040!!

l_

~~--..1

Figur~ 1. Schematic Diagram

--Appendice b

Les donnees

'"'c.)

V

4.0

-0.1

5.0

-2.6

6.0

1.8

7.1

-0.1

8.0

3.7

9.3

1.0

10.0

7.2

11.3

2.5

12.0

10.6

13.2

3.9

14.0

12.4

15.0

5.6

16.0

13.2

17.0

6.2

18.0

13.6

19.0

6.7

20.0

14.1

20.8

7.1

22.0

15.1

22.5

7.8

24.0

16.6

24.7

9.1

26.0

17.5

26.5

10.3

28.0

18.5

28.2

11.1

30.0

19.3

30.1

12.0

32.0

19.9

32.7

13.1

34.0

20.8

34.6

14.1

36.0

21.4

36.8

15.1

38.0

22.3

38.4

15.8

40.0

22.9

40.5

16.6