CN1077683C - 温度测量电路 - Google Patents

Abstract

抵消测温电阻器具有的偏差部分，增大在下一级的放大器的放大系数并增大有效分解度。由恒流源2b向测温电阻器R供给电流I，在电阻R₄产生反向电压降。由于抵消测温电阻器R在0℃时的偏差部分。所以将测温电阻器R的电压降部分和电阻R₄的电压降部分之和输入到运算放大器1，运算放大器1将所输入的电压放大后向外界输出。

Description

温度测量电路

本发明涉及使用测温电阻作为温度传感器得到对应于温度的放大器输出电压的温度测量电路。

图5是表示以往温度测量电路一例的电路图，图中，1是放大对应于测温电阻R的电阻变化的电压的运算放大器，2a、2b是将电流I供给测温电阻器R等的第1、第2恒流源，R₂，R₃是确定设置运算放大器1的放大系数等的电路常数的电阻，r是布线电阻。

接下来就动作进行说明。

测温电阻器R其电阻值随周围温度变化面变化。因而，如果电阻值发生变化，则由于该测温电阻所产生的电压降部分(成分)也起变化，所以通过将来自第1、第2恒流源2a、2b的恒定电流I供给测温电阻器R，将电阻值的变化变换成(R-V变换)电压大小的变化，并将该电压大小的变化输入到运算放大器1。运算放大大器1将测温电阻器R所产生的电压降部分进行放大后输出。因此，运算放大器1的输出电压的大小就成了对应于所述测温电阻器R周围的温度的值。

这里，若如图6(A)所示那样测温电阻器R的电阻值相对于温度发生变化，则如图6(B)所示那样通过所述的R(电阻)-V(电压)变化，电阻值的变化变成了电压值的变化，通过运算放大器1将该电压值的变化进行放大，就成了如图6(C)所示的那样对应于所述温度的电压并作为来自运算放大器1的放大器输出向外界输出。另外，因为与由第2恒流源2b供给的电流I相比较从运算放大器1来的电流小，将其忽略，或者由于R＞＞r，将布线电阻r看做为0，若假定运算放大器1的增益(Gain)为G，则运算放大器1的输出电压V₀就成为V₀＝R×I×G。

然而，作为温度传感器除了图5所示的测温电阻器R外，还有热电偶等。图7(A)是表示该热电偶的输出电压和温标(Temperature Scale)的关系的特性图，当温度为0℃时，其输出电压为0V，随着温度上升其输出电压大致线性地上升。与上述的以往例子一样，在运算放大器1等中放大这样的热电偶的输出电压后所得到的放大器输出电压就成了图7(B)所示的那样的特性图，在0℃时，其输出电压为0，随着温度上升，其输出电压大致上成线性地上升。即，已存在这样的课题，在作为温度传感器而使用了的热电偶的情况下，即使放大，动态范围(〔db〕、有效范围)也大，但在使用测温电阻器的情况下，由于在0℃时包含着100Ω的偏差，所以即使放大其动态范围也不能选取过大。

而且，使用侧温电阻器R作为温度传感器时，由于如图6(A)所示的那样，在0℃时存在100Ω的偏差部分，它将如图6(B)所示的那样产生偏差电压，又因为运算放大器1包含偏差部分并必须放大测温电阻器R的电阻变化，所以不能较大地放大所述电阻变化，其结果就有有效分解度(对输入温度范围的放大器输出范围的比率或变化率)变小了的不理想的情况。

图8是比较使用热电偶和使用测温电阻器作为温度传感器时的输入温度范围、传感器输出值、放大器输出电压、变化率的具体数值的图表。在使用了热电偶的例子中，运算放大器的放大系数为610.5倍(假定最大输入电压为2.5V时的放大系数)，而在使用了测温电阻器的例子中，运算放大器的放大系数为17.9倍(假定最大输入电压为2.5V时的放大系数，供给传感器的电流为1mA)。

结果，由于在使用了测温电阻器作为温度传感器时，在0℃时其电阻也有100Ω、这就成为偏差部分(电流流过100Ω时所产生的电压降部分的偏差)，所以由图8的图表也可明白，在下一级运算放大器1中将传感器R的输出放大得更大、并使输出电压的范围(Range)取得更宽是困难的。

在使用热电偶作为温度传感器的情况下，0℃时，因为电压降为0V，所以在下一级运算放大器1中就能够将来自传感器R的输出放大得更大、并使其放大器的输出电压范围取得更宽。

图9是表示以往的温度测量电路的其他例的电路图，图中，第1、第2恒流源3a、3b连接在运算放大器1的输入端。其他构成与图5所示的以往例子相同，因为同一部件使用同一符号进行说明，故说明从略。

接下来对动作进行说明。

测温电阻器R例如如图10(A)所示的那样，其电阻值随周围的温度变化而变化。这种情况下，由于Vref的第1、第2恒流源3a、3b连接在运算放大器1的输入端，所以流过测温电阻器R的电流成为Vref/(R＋R₁)。因此，在运算放大器1中，相对于如图10(B)所示的温度的R×Vref/(R＋R₁)的非线性电压被输入。若假定运算放大器1的增益(gain)为G，则运算放大器1的输出电压V₀为V₀＝R×{Vref/(R＋R₁)}×G，就能得到如图10(C)所示的相对于温度的非线性输出电压。其中，因为与从第2恒压源供给的电流相比较从运算放大器1来的电流小，将其忽略，或者由于R＞＞r，这时布线电阻r的值视为0而被忽略。

这时，如图10(B)、(C)所示那样对应于温度变化的电压变化成为非线性，但由于如图10(A)所示的那样测温电阻器R的电阻变化中有偏差，因而有与上述的以往例相同在运算放大器1中不能更大地放大传感器输出，更宽地获取输出电压范围的不理想情况。

因为使用测温电阻器作为温度传感器的以往的温度测量电路如上述那样被构成，又由于该电路包含测温电阻器R具有的偏差成分，并且在下一级的运算放大器1中必须放大测温电阻器R的输出量，因此，不可能获取大的运算放大器1的放大系数，其输出电压范围(the range of out voltage of the amplifier)变窄，存在有效分解度变小的不理想情况。

因此，本发明就是为解决上述课题而产生的，它的目的是要模拟地(准)抵消测温电阻器具有的偏差成分，并在下级放大器获得大的放大系数，获得能提高有效分解度的温度测量电路。

本发明的温度测量电路具备电阻值随温度变化而变化的温度传感器，在所述温度传感器上外加电压或供给电流的第1供电源和第2供电源、从所述第2供电源供给电压或电流以便产生与在所述温度传感器产生的电压降相反的电压降或流过与在所述温度传感器内流过的电流相反的电流的抵消用的电阻，以及将所述温度传感器的电压降部分和所述抵消用的电阻的电压降部分的加法成分作为输入电压的放大器，该温度测量电路抵消温度传感器在0℃时的偏差电阻值所产生的偏差电压，获取宽范围的所述温度测量电路的输出电压，提高了温度测量的精度。

本发明的温度测量电路具备给测温电阻器供给电流的第1和第2恒流源，从所述第2恒流源供给电流以便产生与在所述测温电阻器中产生的电压降的反向电压降的抵消用的电阻，将所述测温电阻器的电压降部分和所述抵消用的电阻的电压降部分的加法成分作为输入电压的放大器，该电路是抵消所述测温电阻器在0℃时由偏差电阻值产生的偏差电压，获取宽的所述温度测量电路的输出电压范围并提高温度测量的精度的电路。

本发明的温度测量电路具备在测温电阻器上外加电压的第1第2恒压源，从所述第2恒压源供给电压以便流过与流过所述测温电阻器的电流的反向电流的抵消用的电阻，以及将所述测温电阻器的电压降部分和所述抵消用的电阻的电压降部分的加法成分作为输入电压的放大器，该电路是抵消所述测温电阻器在0℃时由偏差电阻值产生的偏差电压、获取宽的所述温度测量电路的输出电压范围并提高温度测量的精度的电路。

以下，说明本发明的一个实施形态。

图1是表示根据本发明的实施形态1的温度测量电路的电路图。

图2是在图1中示出的温度测量电路各部分的特性图。

图3是表示根据本发明的实施形态2的温度测量电路的电路图。

图4是图3中所示的温度测量电路各部分的特性图。

图5是表示以往的温度测量电路一例的电路图。

图6是图5中所示的温度测量电路各部分的特性图。

图7是使用了热电偶作为温度传感器的以往的温度测量电路各部分的特性图。

图8是比较使用热电偶作为温度传感器情况的以往的温度测量电路和使用测温电阻器作为温度传感器情况的以往的温度测量电路的性能的差异的图表。

图9是表示以往的温度测量电路的其他例的电路图。

图10是图9中所示的温度测量电路各部分的特性图。

图1是表示根据本发明实施的形态1的温度测量电路的构成的电路图。图中，R是温度传感器，例如三线式的测温电阻器(例如，热敏电阻)，R₄是为抵消测温电阻器R的偏差部分而***在运算放大器1的输入端的抵消用的电阻。其中，由于与以往相同的部件使用同一符号，故有关同一构成的部件的说明从略。

以下，对动作进行说明。

在使用三线式的测温电阻器R作为温度传感器时，作为测温电阻器R的一个端子的第1线连接运算放大器1的“+”号一侧的输入线，另一端子的1根线连接该运算放大器的“-”号一侧的输入线，另外，剩下的端子的1根线连接电路的地电位。这样连接起来的测温电阻器R其电阻值随周围温度的变化而变化，但因为从供电源的恒流源2a、2b中的恒流源2a向该测温电阻器R供给电流I，所以在测温电阻器R中产生电压降。在电阻R₄中，从恒流源2b供给电流I，产生反向电压降。其结果，测温电阻器R的电压降部分和电阻R₄的电压降部分的和被输入到运算放大器1中。运算放大器1将被输入的电压放大并输出。再者，与由第2恒流源2b所供给的电流I比较，由于从运算放大器1流过来的电流小，所以将来自运算放大器1的电流忽略不计，又由于R＞＞r，R₄＞＞r，若将布线电阻r的值视为0，假定运算放大器1的增益(gain)为G，则运算放大器1的输出电压成为V₀＝(R－R₄)×I×G。

在实施形态1中使用的测温电阻器R也与以往例中示出的测温电阻器R相同，在0℃时有100Ω程度的偏差电阻值。在这里可以试求用来抵消在0℃时由所述偏差电阻值产生的偏差电压的电阻R₄的值。如上所述，运算放大器1的输出电压V₀的值成为V₀＝(R－R₄)×I×G。为要模拟地抵消所述偏差电压使0℃时由测温电阻器R所产生的偏差电压不输入到运算放大器1中，0℃时，可以设定V₀＝(R－R₄)×I×G＝0，即可以设定R₄＝R(0℃时)。换言之，可以预先将抵消用的电阻R₄的值设定为测温电阻器R在0℃时具有的电阻值，因此，0℃时测温电阻器R所具有的偏差部分在R-V变换时被模拟地抵消。还有，在本实施的形态1的温度测量电路中是就输入到测温电阻器R的温度范围、即输入温度范围为0℃-100℃的情况进行说明。

图2是表示相对于实施形态1的温度测量电路中的测温电阻R的温度的电阻特性例、相对于测温电阻器R的电阻值变化已变换成电压的情况的温度的电压特性例以及运算放大器1的相对于温度的输出电压特性例的特性图。

如图2(A)所示，本实施形态1的测温电阻器R的场合在0℃时也有100Ω的偏差成分，在温度上升的同时电阻值线性增大。R-V变换该测温电阻器R的电阻值的变化的特性为图2(B)。这时，由于将抵消用的电阻R₄的值选择为100Ω，所以，可知在0℃时，电压为0mV，随着温度的上升，电压大致呈线性地增大，偏差电压被抵消。因此，运算放大器1的放大器输出电压也没有偏差电压部分，0℃时为0V，随着温度的增加其输出电压大致呈线性增大。

若将本实施形态1的温度测量电路特性图的图2(C)和以往的温度测量电路特性图的图6(C)相比较就明白，最后的范围宽度的电压值以往是4V(＝14V-10V)，在本例中是14V(＝14V-0V)，可以将所述的范围宽度改善3倍以上。

根据本实施形态1的温度测量电路，由于通过抵消用的电阻R₄在R-V变换时能够模拟地抵消测温电阻器R在0℃时具有的偏差部分，故偏差部分模拟地被抵消，随着温度上升大致呈线性地增大的电压被输入到运算放大器1，所以能将该电压大幅度地放大并如图2(C)所示能够获取宽的输出电压范围。因此，能够增大有效分解度，这样做就能使温度测量的精度得以提高。

再者，在上述的实施形态1的温度测量电路的说明中，忽略布线电阻r的值来求出抵消用的电阻R₄的值，但在布线电阻r的值不能忽略的情况下，本发明还是可以适用的。即，通过按照对测温电阻器R在0℃时具有的电阻值加减布线电阻r而得到的电阻值设定抵消用电阻R₄的值，(即，通过使用抵消用的电阻R₄将布线电阻r的电阻值部分和测温电阻器R在0℃时具有的偏差值部分设定为最合适的值)就能在R-V变换时模拟地抵消由该布线电阻r的值所产生的温度测量的误差部分，为此，能够防止基于布线电阻r之间的电阻值引起的温度测量精度的降低，大大地提高温度测量精度。

实施形态2

图3是表示根据本发明的实施形态2的温度测量电路的电路图，图中，R是温度传感器，例如是三线式的测温电阻器，R₄是用来抵消测温电阻器R的偏差部分的抵消用的电阻。其中，由于与以往例的同一部件使用同一符号，因此，省略了关于同一构成部件的说明。

接下来对动作进行说明。

在使用三线式的测温电阻R时，作为其端子的第1根线连接运算放大器1的“+”号一侧的输入线，作为其另一端子的1根线连接该运算放大器1的“-”号一侧的输入线，剩下端子的1根线与电路的接地电位连接。这样连接的测温电阻器R其电阻值随周围温度的变化而变化，但由于在该测温电阻器R中，外加来自作为供电源的恒压源3a，3b中的第1恒压电源(Vref)3a的电压，在抵消用的电阻R₄中，外加第2恒压源(Vref)3b的电压，所以，测温电阻器R的电阻值的变化被变换成流经该测温电阻器的电流的变化，该电流变化再在测温电阻器R和抵消用的电阻R₄等中变换成电压的变化后输入到运算放大器1中。运算放大器1将所输入的电压进行放大后输出。

这里，该实施形态2的测温电阻R也与以往例中所示的测温电阻器R相同，在0℃时具有100Ω的偏差部分。另外，假定该实施形态2的运算放大器1的增益为G，因为，与由恒压源3b供给的电流比较从运算放大器1来的电流小，将其忽略，还由于R＞＞r，R₄＞＞r，所以，若将布线电阻r的电阻值视为0，则运算放大器1的输出电压V₀成为V₀＝{Vref×R₁×(R－R₄)}/{(R＋R₁)×(R＋R₂)}×G。

为此，如果在0℃时的输出电压值V₀为0，则测温电阻器R在0℃时具有的偏差成分被模拟地抵消了。对于该偏差，可以设定R₄＝R，使得在0℃时，成为{Vref×R₁×(R－R₄)}/{(R＋R₁×(R＋R₂)}＝0。因此，可以将抵消用的电阻R4的电阻值设定为测温电阻器R在0℃时的电阻值。另外，在本实施形态2的温度测量电路中，是对测温电阻器的输入温度范围为0℃～100℃的情况进行说明的。

图4是在实施形态2的温度测量电路中的测温电阻器R对于温度的电阻特性例、测温电阻器R的电阻值的变化被变换成电压时的对于温度的电压特性例以及运算放大器1的对于温度的输出电压特性例的特性图。

如图4(A)所示，在本实施形态2的温度测量电路中的测温电阻器R的情况在0℃时也存在100Ω的偏差成分，并随温度的上升电阻值大致呈线性也增大。图4(B)中表示将该测温电阻器R的电阻值的变化进行了R-V变换时的特性图。由于如上所述那样可知选择并设定抵消用的电阻R₄为100Ω，则0℃时为0mV，随着温度上升电压非线性地增大，偏差电压模拟地被抵消，因此，运算放大器1的放大器输出电压也没有偏差电压成分，在0℃时为0V，并随着温度的上升其输出电压非线性地增大。

若根据本实施形态2的温度测量电路，由于通过抵消用的电阻R₄在R-V变换时能够模拟地抵消测温电阻器R在0℃时具有的偏差成分，因此具有与实施形态1的温度测量电路相同的效果。

另外，在本实施形态2所说明的例子中，通过按照对测温电阻器R在0℃时具有的电阻值加减布线电阻r而得到的电阻值设定抵消用电阻时R₄的值(即，通过使用抵消用的电阻R₄将布线电阻r的电阻值成分和测温电阻器R在0℃时具有的偏差值成分(部分)设定为最佳值)在R-V变换时也能够模拟地抵消由布线电阻r的值所引起的温度测量误差。为此，就能够防止基于布线电阻r之间的电阻值引起温度测量精度降低，并大大地提高温度测量精度。

如以上所述，本发明有如下效果。即根据由第2电压源或第2电流源所供给的电压或电流，通过设定产生同温度传感器产生的电压降方向相反的反向电压降的抵消用的电阻，就能够在电阻-电压变换(R-V变换)时模拟地抵消温度传感器具有的偏差成分，在下一级放大器获取大的放大系数，从而能提供增大输出电压的有效分解度的温度测量电路。

本发明有如下效果：即，根据由第2电流源所供给的电流通过设定产生同在测温电阻器上产生的电压降的方向相反的反向电压降的抵消用的电阻，就能够在电阻-电压变换时模拟地抵消测温电阻器具有的偏差成分，在下一级放大器获取大的放大系数，提供增大了输出电压的有效分解度的温度测量电路。

本发明有如下效果。即根据由第2电压源所供给的电压，通过设定产生与在测温电阻器中所产生的电压降的方向相反的反向电压降的抵消用的电阻，就能够在电阻-电压变换时模拟地抵消测温电阻器中具有的偏差部分，在下一级放大器中获取大的放大系数，提供增大了输出电压的有效分解度的温度测量电路。

Claims (2)

1.一种温度测量电路，具有：

电阻值随温度而变化的温度传感器，

向上述温度传感器施加电压或提供电流的第一供给源或第二供电源，

提供用于产生与由上述温度传感器产生的电压降方向相反的电压降或用于流过上述温度传感器内流过的电流的反向电流的来自上述第二供电源的电压或电流的抵消用电阻，

将上述温度传感器的电压降成分与上述抵消用电阻的电压降成分相加而得到的电压降成分作为输入电压的放大器，

其特征在于：

上述温度传感器是测温电阻，

上述第一供电源或第二供电源是向上述测温电阻提供电流的第一恒流源和第二恒流源，

上述抵消用电阻在提供来自用于产生相对于由上述测温电阻产生的电压降的反方向的电压降的上述第二恒流源的电流的同时，具有将根据接线电阻的温度测定的误差部分与上述测温电阻在0℃时具有的电阻值进行加减运算而得到的电阻值，

上述放大器将把上述测温电阻的电压降部分与上述抵消用电阻的电压降相加而得到的电压降部分作为输入电压的温度测定电路。

2.一种温度测量电路，具有：

电阻值随温度而变化的温度传感器，

向上述温度传感器施加电压或提供电流的第一供给源或第二供电源，

提供用于产生与由上述传感器产生的电压降方向相反的电压降或用于流过上述温度传感器内流过的电流的反向电流的来自上述第二供电源的电压或电流的抵消用电阻，

将上述温度传感器的电压降成分与上述抵消用电阻的电压降成分相加而得到的电压降成分作为输入电压的放大器，

其特征在于：

上述温度传感器是测温电阻，

上述第一供电源或第二供电源是向上述测温电阻提供电流的第一恒流源和第二恒流源，

上述抵消用电阻在提供来自用于流过相对于流过上述测温电阻的电流的反方向的电流的上述第二恒压源的电压的同时，具有将根据接线电阻的温度测定的误差部分与上述测温电阻在0℃时具有的电阻值进行加减运算而得到的电阻值，

上述放大器将把上述测温电阻的电压降部分与上述抵消用电阻的电压降相加而得到的电压降部分作为输入电压的温度测定电路。

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