CN116124316A - 一种铂电阻温度传感器解调电路 - Google Patents

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孟西西
张钦河
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Abstract

本发明公开了一种铂电阻温度传感器解调电路。包括激励电路、铂电阻信号变换电路、放大电路、补偿电路；激励电路给铂电阻信号变换电路进行供电电压的激励，放大电路对铂电阻信号变换电路的输出电压信号进行放大处理，补偿电路将放大电路的输出信号按比例反馈给激励电路，使得激励电路输出的电压随测量温度变化而变化，以此来补偿输出信号。本发明对铂电阻的输出信号进行补偿，使得铂电阻温度传感器的测温精度更高。

Description

一种铂电阻温度传感器解调电路
技术领域
本发明属于航空机载传感器技术领域，涉及一种铂电阻温度传感器解调电路。
背景技术
在飞机参数测量***中，常常需要测量管路内的气体或液体温度，目前，最常用的方式是采用铂电阻测温原理来进行检测。根据IEC 60751中铂电阻的标准特性曲线：Rt＝R0[1+At+Bt2+C(t-100)t3](-200℃＜t＜0℃)、Rt＝R0(1+At+Bt2)(0℃＜t＜850℃)，式中，Rt是温度t时铂电阻的阻值，R0是温度t＝0℃时铂电阻的阻值，A＝3.9083×10-3℃-1，B＝-5.775×10-7℃-2，C＝-4.183×10-12℃-4。可见，铂电阻的输出电阻与温度不是线性的，当测量温度范围为(-55～150)℃时，这种非线性可达0.77％，测量温区更宽时，非线性更大，显然不能满足控制***所要求的0.5％精度要求。因此，必须对铂电阻的输出信号进行补偿解调。
现有的技术常采用如CN 111122170 B的发明中所述的方式：先将电阻信号转换为电压信号，经放大后通过模数转换对放大后的电压信号进行采集并转换为数字信号，再通过CPU中的软件算法对铂电阻进行非线性补偿，这种方式通过选择合适的标定方法可以很好的解决铂电阻的非线性问题，但是标定工作量大，往往需要在5个以上温度点下进行标定以得到精确的解算模型，同时，这也使得软件算法较复杂，时间成本及经济成本较大，再者，这种方案所用电子元器件较多、电路规模较大，不利于传感器的小型化研制要求。
发明内容
本发明的目的是：提供了一种铂电阻温度传感器解调电路。本发明对铂电阻的输出信号进行补偿，使得铂电阻温度传感器的测温精度更高。
本发明的技术方案是：一种铂电阻温度传感器解调电路，包括激励电路、铂电阻信号变换电路、放大电路、补偿电路；激励电路给铂电阻信号变换电路进行供电电压的激励，放大电路对铂电阻信号变换电路的输出电压信号进行放大处理，补偿电路将放大电路的输出信号按比例反馈给激励电路，使得激励电路输出的电压随测量温度变化而变化，以此来补偿输出信号。
前述的铂电阻温度传感器解调电路中，所述激励电路包括电压基准U1、运放U2、电阻Rf、电阻R8～R10；电压基准U1的输出电压为Vref,U1的输出端与电阻R9的一端相连，电阻R9的另一端与运放U2的同向输入端相连；电阻R10的一端与地电位相连，另一端与运放U2的负向输入端相连；电阻Rf的一端与运放U2的负向输入端相连，另一端与运放U2的输出端相连；激励电路用于给后续铂电阻变换电路提供激励电压。
前述的铂电阻温度传感器解调电路中，所述的铂电阻信号变换电路包括电阻R1～R5、铂电阻Rt；电阻R1的一端与电阻R3的第一端相连，另一端与电阻R2的第一端相连；电阻R2的第二端与铂电阻Rt的第一端相连，并连至地电位；电阻R4、R5并联形成公共第一端和公共第二端；电阻R4、R5的公共第一端与铂电阻Rt的第二端相连，电阻R4、R5的公共第二端与电阻R3的第二端相连；电阻R3与R1的公共端接入上述激励电路中U2的输出端；该电路主要用于将与温度有关的电阻变换为与温度有关的微弱电压信号。
前述的铂电阻温度传感器解调电路中，所述放大电路包括仪表运放U3、电阻Rg、偏置电压Voff；电阻Rg的两端分别接入仪表运放U3的增益设置两端；仪表运放U3的同向输入端接入上述铂电阻信号变换电路中电阻R3的第二端，仪表运放U3的反向输入端接入上述铂电阻信号变换电路中电阻R1与电阻R2的公共端；偏置电压Voff接入仪表运放U3的的偏置设置引脚；该电路主要用于将与温度有关的微弱电压信号进行放大处理。
前述的铂电阻温度传感器解调电路中，所述补偿电路包括电阻R6、电阻R7；电阻R6的一端接入上述放大电路的输出端，另一端与电阻R7的第一端相连；电阻R7的第二端接至地电位；该电路主要用于将输出信号反馈给激励电路，使激励电路中U2的输出端电压产生变化，继而调节传感器最终的输出信号。
前述的铂电阻温度传感器解调电路中，电阻R6与电阻R7的公共端经电阻R8与运放U2的同向输入端相连。
前述的铂电阻温度传感器解调电路中，电阻R10与电阻Rf的阻值相等。
前述的铂电阻温度传感器解调电路中，电阻R1～R4的阻值相等，R4与R5并联后的阻值加上测量温度下限时铂电阻Rt的阻值等于电阻R2的阻值。
前述的铂电阻温度传感器解调电路中，电路中，有下式成立：
Figure BDA0004021536970000031
其中，G是由电阻Rg接入仪表运放U3后产生的放大倍数，k＝R7/(R6+R7)。
本发明的优点是：与现有技术相比，本发明所述的解调电路用较少的电子元器件实现了对铂电阻温度传感器的高精度解调，不需要使用AD转换电路及CPU采集算法电路，从而使得整个传感器的体积更小。该电路的调试方法简单易行，只需在测量上限温度、下限温度及中间点温度进行标定即可，相较于以往电路的调试减少了2个以上的温度点，从而缩短了传感器的调试周期。
附图说明
图1是表示本发明的原理框图；
图2是表示本发明的电路原理图；
图3是铂电阻接入电路的三线制接法。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例1。一种铂电阻温度传感器解调电路，构成如图1-3所示，通过将传感器的最终输出信号成比例的反馈至激励电路，使得给铂电阻电桥的供电随测量温度变化而变化，用以抵消铂电阻电桥随温度的非线性变化，从而减小传感器的最终输出信号的线性度，使得铂电阻温度传感器的精度得到提高。
所述解调电路包括激励电路、铂电阻信号变换电路、放大电路、补偿电路，使得铂电阻温度传感器在测温范围为(-55～155)℃时对应的输出为(0.5～4.5)V。
所述激励电路包括电压基准U1、运放U2、电阻Rf、电阻R8～R10。电压基准U1的输出端与电阻R9的一端相连，电阻R9的另一端与运放U2的同向输入端相连，电阻R8的第一端与运放U2的同向输入端相连；电阻R10的一端与地电位相连，另一端与运放U2的负向输入端相连；电阻Rf的一端与运放U2的负向输入端相连，另一端与运放U2的输出端相连。激励电路主要用于给后续铂电阻变换电路提供激励电压。
所述电压基准U1的输出电压Vref为5V，电阻R10与电阻Rf的阻值均为100K。
所述铂电阻信号变换电路包括电阻R1～R5、铂电阻Rt。电阻R1的一端与电阻R3的第一端相连，另一端与电阻R2的第一端相连。电阻R2的第二端与铂电阻Rt的第一端相连，并连至地电位。电阻R4、R5并联形成公共第一端和公共第二端。电阻R4、R5的公共第一端与铂电阻Rt的第二端相连，电阻R4、R5的公共第二端与电阻R3的第二端相连。电阻R3与R1的公共端接入上述激励电路中U2的输出端。该电路主要用于将与温度有关的电阻变换为与温度有关的微弱电压信号。
所述电阻R1～R4的阻值均为3K，电阻R5的阻值为111K。
可选的，铂电阻Rt接入电路的方式可参考图3所示的三线制接法。
所述放大电路包括仪表运放U3、电阻Rg、偏置电压Voff。电阻Rg的两端分别接入仪表运放U3的增益设置两端。仪表运放U3的同向输入端接入上述铂电阻信号变换电路中电阻R3的第二端，仪表运放U3的反向输入端接入上述铂电阻信号变换电路中电阻R1与电阻R2的公共端。偏置电压Voff接入仪表运放U3的的偏置设置引脚。Voff此处是0.5V。该电路主要用于将与温度有关的微弱电压信号进行放大处理。
所述补偿电路包括电阻R6、电阻R7。电阻R6的一端接入上述放大电路的输出端，另一端与电阻R7的第一端相连。电阻R7的第二端接至地电位。电阻R6与电阻R7的公共端接入上述激励电路中电阻R8的第二端。电阻R8为200K，电阻R9为300K。该电路主要用于将输出信号反馈给激励电路，使激励电路中U2的输出端电压产生变化，继而调节传感器最终的输出信号。
电路中，有下式成立：
Figure BDA0004021536970000051
其中，G是由电阻Rg接入仪表运放U3后产生的放大倍数，k＝R7/(R6+R7)。
根据式(1)，有下式成立：
Figure BDA0004021536970000052
有上述铂电阻温度传感器测温范围及其对应输出关系可知：当温度t为155℃，即Rt＝159.19Ω时，Vout＝4.5V；当温度t为50℃，即Rt＝119.4Ω时，Vout＝2.5V。
将上述两组温度值下的Rt和Vout分别代入式(2)，可得到G＝146.556，K＝0.025。
即，取R7＝1K，R6＝39K即可使电路产生的输出符合要求。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围不仅限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种铂电阻温度传感器解调电路，其特征在于，包括激励电路、铂电阻信号变换电路、放大电路、补偿电路；激励电路给铂电阻信号变换电路进行供电电压的激励，放大电路对铂电阻信号变换电路的输出电压信号进行放大处理，补偿电路将放大电路的输出信号按比例反馈给激励电路，使得激励电路输出的电压随测量温度变化而变化，以此来补偿输出信号。
2.根据权利要求1所述的铂电阻温度传感器解调电路，其特征在于，所述激励电路包括电压基准U1、运放U2、电阻Rf、电阻R8～R10；电压基准U1的输出电压为Vref,U1的输出端与电阻R9的一端相连，电阻R9的另一端与运放U2的同向输入端相连；电阻R10的一端与地电位相连，另一端与运放U2的负向输入端相连；电阻Rf的一端与运放U2的负向输入端相连，另一端与运放U2的输出端相连。
3.根据权利要求2所述的铂电阻温度传感器解调电路，其特征在于，所述的铂电阻信号变换电路包括电阻R1～R5、铂电阻Rt；电阻R1的一端与电阻R3的第一端相连，另一端与电阻R2的第一端相连；电阻R2的第二端与铂电阻Rt的第一端相连，并连至地电位；电阻R4、R5并联形成公共第一端和公共第二端；电阻R4、R5的公共第一端与铂电阻Rt的第二端相连，电阻R4、R5的公共第二端与电阻R3的第二端相连；电阻R3与R1的公共端接入上述激励电路中U2的输出端。
4.根据权利要求2所述的铂电阻温度传感器解调电路，其特征在于，所述放大电路包括仪表运放U3、电阻Rg、偏置电压Voff；电阻Rg的两端分别接入仪表运放U3的增益设置两端；仪表运放U3的同向输入端接入上述铂电阻信号变换电路中电阻R3的第二端，仪表运放U3的反向输入端接入上述铂电阻信号变换电路中电阻R1与电阻R2的公共端；偏置电压Voff接入仪表运放U3的的偏置设置引脚。
5.根据权利要求4所述的铂电阻温度传感器解调电路，其特征在于，所述补偿电路包括电阻R6、电阻R7；电阻R6的一端接入上述放大电路的输出端，另一端与电阻R7的第一端相连；电阻R7的第二端接至地电位。
6.根据权利要求5所述的铂电阻温度传感器解调电路，其特征在于，电阻R6与电阻R7的公共端经电阻R8与运放U2的同向输入端相连。
7.根据权利要求2所述的铂电阻温度传感器解调电路，其特征在于，电阻R10与电阻Rf的阻值相等。
8.根据权利要求3所述的铂电阻温度传感器解调电路，其特征在于，电阻R1～R4的阻值相等，R4与R5并联后的阻值加上测量温度下限时铂电阻Rt的阻值等于电阻R2的阻值。
9.根据权利要求6所述的铂电阻温度传感器解调电路，其特征在于，电路中，有下式成立：
其中，G是由电阻Rg接入仪表运放U3后产生的放大倍数，k＝R7/(R6+R7)。
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