CN207622884U - 一种热电偶温度信号调理电路 - Google Patents

一种热电偶温度信号调理电路 Download PDF

Info

Publication number
CN207622884U
CN207622884U CN201721606208.3U CN201721606208U CN207622884U CN 207622884 U CN207622884 U CN 207622884U CN 201721606208 U CN201721606208 U CN 201721606208U CN 207622884 U CN207622884 U CN 207622884U
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
signal
voltage
temperature
thermocouple
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201721606208.3U
Other languages
English (en)
Inventor
赵中兵
马国轩
邓勇生
李建江
聂俊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SHAANXI INSTITUTE OF ELECTRICAL APPLIANCE
Original Assignee
SHAANXI INSTITUTE OF ELECTRICAL APPLIANCE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SHAANXI INSTITUTE OF ELECTRICAL APPLIANCE filed Critical SHAANXI INSTITUTE OF ELECTRICAL APPLIANCE
Priority to CN201721606208.3U priority Critical patent/CN207622884U/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN207622884U publication Critical patent/CN207622884U/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Abstract

本实用新型公开了一种热电偶温度信号调理电路，包括电源模块、输入信号放大模块、冷端补偿模块、零点调整模块、信号累加模块。正负电源接入电源模块进行滤波处理，然后将滤波后的正负电源分别为输入信号放大模块、冷端补偿模块、零点调整模块、信号累加模块供电；热电偶信号输入至输入信号放大模块进行信号放大，然后将放大信号与冷端补偿模块输出信号以及零点调整模块输出信号一同接入信号累加模块，最后将信号累加模块的信号进行输出。本实用新型能够对K型热电偶温度传感器的输出信号进行采集、调理。通过硬件补偿方式解决热电偶测温误差大的缺点，使得热电偶传感器的温度测量能够实现高精度、高灵敏度、大范围的采集。

Description

一种热电偶温度信号调理电路
技术领域
本实用新型属于航天传感器领域，具体涉及一种硬件补偿式的K 型热电偶温度传感器信号采集、变换。
背景技术
随着技术发展的需要，对新型航天飞行器的要求逐渐提高，对飞行器各部件的强度、耐高温、耐氧化的要求也不断提高。耐高温是飞行器结构部件材料选择的一项重要指标。只有明确了飞行器飞行期间各部位实际需要耐受的高温，才能选择合适的材料。
为了量化航天飞行器特定位置在飞行过程中实际承受的高温，需要选用合适的温度传感器及温度调理电路采集温度值。由于实验的特殊性，需要温度传感器具有测温范围大，测温精度高、热响应速度快等特点，而满足这些条件的温度传感器中K型热电偶传感器应用最广泛的一种。
由于K型热电偶传感器其测温原理为相对式测温，只能测得冷端与热端的温度差。而冷端温度是不断变换的，因此直接测量会产生较大的测量误差。这就使得研究一种调理电路，可以消除热电偶冷端的影响，减小测量误差，提高测量精度具有非常重要的现实意义。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种热电偶温度信号调理电路，通过硬件补偿方式解决热电偶测温误差大的缺点，使得热电偶传感器的温度测量能够实现高精度、高灵敏度、大范围的采集。而零点调整模块的设计，使得调理电路的输出能够适应不同***的要求，提高其灵活性。
本实用新型的技术方案是：一种热电偶温度信号调理电路，其特征在于：包括电源模块、输入信号放大模块、冷端补偿模块、零点调整模块、信号累加模块；
所述电源模块为电源滤波，对输入的正负电源通过电感和电容进行滤波，使得供电电压稳定，保证后级电路的输出稳定；
所述输入信号放大模块放大温度传感器输入的微伏级信号，选用高倍率仪表放大器芯片，采用双电源供电，参考电压为GND；
所述冷端补偿模块由绝对式的温度测量芯片和信号放大电路构成；绝对式的温度测量芯片放置在热电偶输入信号冷端附近，将温度信号转换为电压信号；信号放大电路对温度测量芯片输出电压进行特定倍率的放大，使得冷端补偿模块的输出电压与实际热电偶冷端温度变化引起变化电压相匹配；
所述零点调整模块由基准电压模块和信号跟随模块组成；基准电压模块将电源模块提供的电压转换为高精度的基准电压，通过电阻分压的方式得到合适的零点调整电压；信号跟随模块与后级电路进行阻抗匹配，提高带载能力；
所述信号累加模块将热电偶输入放大电压、冷端补偿电压、零点调整电压进行信号累加。
该调理电路的输入包括热电偶信号以及正负电源输入、输出为变换电压信号。结构上，正负电源接入电源模块进行滤波处理，然后将滤波后的正负电源分别为输入信号放大模块、冷端补偿模块、零点调整模块、信号累加模块供电；热电偶信号输入至输入信号放大模块进行信号放大，然后将放大信号与冷端补偿模块输出信号以及零点调整模块输出信号一同接入信号累加模块，信号累加模块对输入电压进行累加然后输出电压信号。
所述输入信号放大模块的信号放大增益由参考电阻的阻值决定，满足关系式：
其中，G1为放大增益，RG为放大器固有参数，R1、R2为参考电阻。
所述冷端补偿模块的作用为补偿温度传感器由于本身原理引起的误差。具体为由于K型热电偶为相对式测温原理，即国家标准的热电偶分度表为冷端为0℃的情况下的电压，而在实际应用中，热电偶冷端的温度是不为零的，因此会导致热电偶电势差的减少或增加，导致误差较大。
热电偶的热电势满足公式
E(T，T0)＝E(T，0)-E(T0，0)
其意义为，热电偶热端相对于0℃的热电动势等于热电偶热端相对于冷端的电动势与冷端相对于0℃的电动势之和。根据以上原理，可通过对冷端温度测量，实现对热电偶信号的补偿。
所述冷端补偿模块的补偿电压输出与温度关系为：
V2＝(273.15+T0)×1μA/K×RL×G2
其中，V2为冷端补偿模块的输出电压，T0当前的冷端温度,RL为温度芯片输出电阻，G2为放大电路的增益，常数273.15与1μA/K均为绝对式测温芯片的固有参数。
所述零点调整模块的作用为，由于不同***其对零点的电压要求不同，因此通过设计零点调整模块，使得调理电路能够灵活适应不同***的输出电压要求。
所述信号累加模块的作用为将热电偶输入放大电压、冷端补偿电压、零点调整电压进行信号累加。其输出关系为：
Vout＝(V1+V2)-V3
其中，Vout表示温度调理电路的输出电压，V1表示输入信号放大模块的输出电压，V2表示冷端补偿模块的输出电压，V3表示零点调整模块的输出电压。
本实用新型的优点和积极效果是：
本实用新型热电偶温度信号调理电路，能够对K型热电偶温度传感器输出信号进行采集、调理。对热电偶信号进行冷端补偿处理，可以使采集精度大大提高，且适应更复杂的环境。而硬件方式进行冷端补偿，具有精度高、可靠性高的优点。通过零点调整模块进行零点电压的调整，可以使该调理电路适应不同***的输出要求。
通过该温度调理电路对K型热电偶温度传感器的采集变换，可以更加精确的采集飞行器特定部位飞行过程中的温度，为实验的准确性提供可靠保证。
附图说明
图1是本实用新型的结构框图。
图2是电源模块电路图。
图3是输入信号放大模块电路图。
图4是冷端补偿模块电路图。
图5是零点调整模块电路图。
图6是信号累加模块电路图。
具体实施方式
以下将结合附图对本实用新型作进一步说明：需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是有本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，一种热电偶温度信号调理电路，包括电源模块、输入信号放大模块、冷端补偿模块、零点调整模块、信号累加模块。该调理电路的输入包括热电偶信号以及正负电源输入、输出为变换电压信号。结构上，正负电源接入电源模块进行滤波处理，然后将滤波后的正负电源分别为输入信号放大模块、冷端补偿模块、零点调整模块、信号累加模块供电；热电偶信号输入至输入信号放大模块进行信号放大，然后将放大信号与冷端补偿模块输出信号以及零点调整模块输出信号一同接入信号累加模块，信号累加对电压进行求和计算，最后将信号累加模块的信号进行输出。
本实用新型的具体实施中，温度传感器为K型热电偶传感器，输出信号为电压信号，测温范围为-50～1000℃；
如图2所示，所述电源模块为电源滤波，对输入的正负电源通过电感和电容进行滤波，使得供电电压稳定，保证后级电路的输出稳定。
如图3所示，所述输入信号放大模块放大温度传感器输入的微伏级信号，选用高倍率仪表放大器芯片，采用双电源供电，参考电压为 GND。
本实用新型的具体实施中，输入信号放大模块具体采用的是 AD8221放大器，可配置放大倍数达300倍，采用双电源±15V供电，参考电压为GND。
本实用新型的具体实施中，输入信号放大模块的放大倍数为
如图4所示，冷端补偿模块由绝对式的温度测量芯片和信号放大电路构成；绝对式的温度测量芯片放置在热电偶输入信号冷端附近，可以将温度信号转换为电压信号；信号放大电路对温度测量芯片输出电压进行特定倍率的放大，使得冷端补偿模块的输出电压与实际热电偶冷端温度变化引起变化电压相匹配。
本实用新型的具体实施中，所述绝对式温度测量芯片采用的是 AD590芯片，该芯片可测温度范围为-55～150℃，精度为1℃。
本实用新型的具体实施中，所述冷端补偿模块的参数通过匹配计算，其中放大电路部分的放大增益为9.0，则冷端补偿模块的输出电压为：
V2＝(273.15+T0)×1μA/K×1000×9.0
＝(273.15+T0)×9mV/K
如图5所示，零点调整模块由基准电压模块和信号跟随模块组成；基准电压模块用于将电源模块提供的电压转换为高精度的基准电压，通过电阻分压的方式得到合适的零点调整所需电压；信号跟随模块为与后级电路进行阻抗匹配，提高带载能力。
本实用新型的具体实施中，由于要求通过本电路实现热电偶温度传感器在-40℃～+1000℃温度变化时输出电压范围为+0.2V± 0.1～+4.8V±0.1。因此通过计算，零点调整模块的输出电压为：
本实用新型的具体实施中，信号累加模块的电路原理如图6所示，图6中，U3A、U3D构成了两个反向相加器，分别将输入信号放大模块输出的V1、冷端补偿模块输出的V2、零点调整模块输出的V3进行相加。
本实用新型的具体实施中，信号累加模块的最终输出电压信号为：
VOUT＝(VO1+VO2)-VO3 。

Claims (1)

1.一种热电偶温度信号调理电路，其特征在于：包括电源模块、输入信号放大模块、冷端补偿模块、零点调整模块、信号累加模块；
所述电源模块为电源滤波，对输入的正负电源通过电感和电容进行滤波，使得供电电压稳定，保证后级电路的输出稳定；
所述输入信号放大模块放大温度传感器输入的微伏级信号，选用高倍率仪表放大器芯片，采用双电源供电，参考电压为GND；
所述冷端补偿模块由绝对式的温度测量芯片和信号放大电路构成；绝对式的温度测量芯片放置在热电偶输入信号冷端附近，将温度信号转换为电压信号；信号放大电路对温度测量芯片输出电压进行特定倍率的放大，使得冷端补偿模块的输出电压与实际热电偶冷端温度变化引起变化电压相匹配；
所述零点调整模块由基准电压模块和信号跟随模块组成；基准电压模块将电源模块提供的电压转换为高精度的基准电压，通过电阻分压的方式得到合适的零点调整电压；信号跟随模块与后级电路进行阻抗匹配，提高带载能力；
所述信号累加模块将热电偶输入放大电压、冷端补偿电压、零点调整电压进行信号累加。
CN201721606208.3U 2017-11-27 2017-11-27 一种热电偶温度信号调理电路 Active CN207622884U (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201721606208.3U CN207622884U (zh) 2017-11-27 2017-11-27 一种热电偶温度信号调理电路

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201721606208.3U CN207622884U (zh) 2017-11-27 2017-11-27 一种热电偶温度信号调理电路

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN207622884U true CN207622884U (zh) 2018-07-17

Family

ID=62824019

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201721606208.3U Active CN207622884U (zh) 2017-11-27 2017-11-27 一种热电偶温度信号调理电路

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN207622884U (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109540314A (zh) * 2018-12-21 2019-03-29 核动力运行研究所 一种多路热电偶信号发生装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109540314A (zh) * 2018-12-21 2019-03-29 核动力运行研究所 一种多路热电偶信号发生装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101936791B (zh) 数字压力计
Duff et al. Two ways to measure temperature using thermocouples feature simplicity, accuracy, and flexibility
CN108151919B (zh) 一种压力传感器温漂补偿电路及补偿方法
CN107941363B (zh) 基于程控双恒流电源的温度变送装置及方法
CN104287697A (zh) 一种非接触式红外体温计
CN201754115U (zh) 数字压力计
CN104006902A (zh) 发动机排气温度热电偶检测电路
CN207622884U (zh) 一种热电偶温度信号调理电路
CN205843836U (zh) 一种恒流源驱动的铂电阻温度测量电路
CN108007596A (zh) 一种热电偶温度信号调理电路
CN205102947U (zh) 一种三线式铂热电阻pt100测温电路
CN103674308B (zh) 精密可调式热电偶冷端温度补偿仪
CN203824695U (zh) 抑制硅纳米线巨压阻传感器灵敏度热漂移和噪声的装置
WO2023272908A1 (zh) 高精度温度测量方法及测量***
CN201788042U (zh) 数字式压力传感器
CN104483033B (zh) 一种宽温范围的cmos温度传感器电路
CN117516740A (zh) 一种t型热电偶信号处理装置及方法
CN105277292A (zh) 一种温度测量装置
CN204133440U (zh) 一种非接触式红外体温计
CN205748693U (zh) 一种高精度数字温度计
CN211696724U (zh) 一种多路温度信号变换装置
CN207622886U (zh) 一种铂电阻温度信号调理电路
CN112649103B (zh) 一种基于薄膜金属热电阻的芯片测温***
CN204649327U (zh) 一种热电阻信号转换电路
CN213022006U (zh) 一种基于热电偶冷端补偿的母排测温***

Legal Events

Date Code Title Description
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant