CN212988631U - 一种温度采集电路、控制板以及电器设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于温度采集技术领域，具体提供一种温度采集电路、控制板以及电器设备，该电路包括：运算放大器；为运算放大器提供基准电压的基准单元；为运算放大器提供比较电压的比较单元；提供负反馈信号到运算放大器，以实现所述基准电压与所述比较电压的压差放大的反馈单元；电压采集单元，所述第一电压采集模块连接所述热敏电阻包含两线的一端，所述第二电压采集模块连接所述运算放大器的输出端，本实用新型无需增加运放来做阻抗转换和使用过多元件，即可实现温度采集，有效的提高温度采集的精度。

Description

一种温度采集电路、控制板以及电器设备

技术领域

本实用新型属于温度采集技术领域，尤其涉及一种温度采集电路、控制板以及电器设备。

背景技术

惠斯通电桥(又称单臂电桥)是一种可以精确测量电阻的仪器,通用的惠斯通电桥中，电阻R1、R2、R3、R4为电桥的四个桥臂，可以通过检流计检查其所在的支路有无电流。当检流计无电流通过时，称为电桥达到平衡。平衡时，四个桥臂的阻值满足一个简单的关系，利用这一关系就可测量电阻。

现有技术中的惠斯通电桥如图1所示，其中R2表示PT100铂电极，铂电极采集温度时，精度会受使用电阻精度的影响，如R1、R3、R4、R5、R6、R7、R8 的影响，因此需要增加两路运算放大器进行阻抗转换，然后再进行差分放大输出检测，该电路中要求R1＝R4，且当前仅当R2＝R3时，才会完全抵消内阻带来的影响，而当R2变化时，其惠斯通电桥的电路平衡会被破坏，进而内阻上的分压状态会随之改变(Vr1≠Vr3)，故不能完全抵消线阻所带来的影响。但是，增加运算放大器来做阻抗转换大大增加了电路成本，并且由于使用了多个电阻，各电阻带来的精度存在差异，使得惠斯通电桥也很难达到平衡。

实用新型内容

本实用新型提供一种温度采集电路，解决需要增加运算放大器来做阻抗转换和使用过多元件，才能够实现温度采集的问题。

本实用新型是这样实现的，一种温度采集电路，包括：

运算放大器；

为运算放大器提供基准电压的基准单元；

为运算放大器提供比较电压的比较单元，包括热敏电阻，所述热敏电阻包含两线的一端连接运算放大器的反相输入端，所述热敏电阻包含一线的一端连接接地端；

提供负反馈信号到运算放大器，以实现所述基准电压与所述比较电压的压差放大的反馈单元；

电压采集单元，包括第一电压采集模块和第二电压采集模块，所述第一电压采集模块连接所述热敏电阻包含两线的一端，所述第二电压采集模块连接所述运算放大器的输出端。

更进一步地，所述温度采集电路还包括滤波电容，所述滤波电容一端连接所述热敏电阻包含两线的一端，所述滤波电容另一端连接所述热敏电阻包含一线的一端。

更进一步地，所述反馈单元包括反馈电阻，所述反馈电阻一端连接所述运算放大器的反相输入端，所述反馈电阻另一端连接所述运算放大器的输出端。

更进一步地，所述基准单元包括第一电阻、第二电阻以及二极管，所述第一电阻一端分别连接所述第二电阻一端以及所述二极管的负极，所述第一电阻另一端连接电源端，所述第二电阻另一端连接所述运算放大器的正相输入端，所述二极管的正极连接接地端。

更进一步地，所述基准单元包括第三电阻以及基准电压芯片，所述基准电压芯片分别连接所述第三电阻一端、所述运算放大器的正相输入端以及接地端，所述第三电阻另一端连接电源端。

更进一步地，所述热敏电阻具有正温度系数。

本实用新型还提供一种控制板，包括所述的温度采集电路。

本实用新型还提供一种电器设备，包括所述的控制板。

本实用新型的有益效果在于，该温度采集电路仅通过一个运算放大器和使用一个热敏电阻，即可完成温度采集，无需使用过多器件，消除了线阻对采集精度的影响，有效的提高了温度检测的精度，得到准确的温度值。

附图说明

图1是现有技术中的惠斯通电桥电路原理图；

图2是本实用新型实施例一提供的温度采集电路框图；

图3是本实用新型实施例一提供的温度采集电路原理图；

图4是本实用新型实施例一提供的第一电压采集模块和第二电压采集模块示例；

图5是本实用新型实施例一提供的热敏电阻示意图，其中，(a)为三线式热敏电阻电路图，(b)为三线式热敏电阻的等效图；

图6是本实用新型实施例四提供的基准单元电路图；

图7是本实用新型实施例五提供的基准单元电路图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型实施例提供一种温度采集电路，当热敏电阻Rpt采集温度时，比较单元3为运算放大器1提供比较电压，根据第一电压采集模块、第二电压采集模块采集的电压，再结合基准单元2为运算放大器1提供的基准电压，反馈单元4提供的负反馈信号，可得到热敏电阻Rpt的阻值，进而得到热敏电阻 Rpt的阻值对应的温度，完成温度采集。该温度采集电路仅通过一个运算放大器1和使用一个热敏电阻Rpt，即可完成温度采集，无需使用过多器件，消除了线阻对采集精度的影响，有效的提高了温度检测的精度，得到准确的温度值。

实施例一

参见图2和图3，本实施例提供一种温度采集电路，包括：

运算放大器1；

为运算放大器1提供基准电压Verf的基准单元2；

为运算放大器1提供比较电压的比较单元3，包括热敏电阻Rpt，热敏电阻包含两线的一端连接运算放大器1的反相输入端，热敏电阻包含一线的一端连接接地端；

提供负反馈信号到运算放大器1，以实现基准电压Verf与比较电压的压差放大的反馈单元4；

电压采集单元5，包括第一电压采集模块和第二电压采集模块，第一电压采集模块连接热敏电阻包含两线的一端，第二电压采集模块连接运算放大器1 的输出端。

其中，运算放大器优选型号是TLV314IDBVR，热敏电阻优选为PT100。第一电压采集模块和第二电压采集模块可为单片机上的AD采集口，或者独立的 AD采集芯片，如图4所示，此处不做任何限定。

具体地，如图5(a)所示，热敏电阻Rpt100为一端包含一个线阻r1，另一端包含两个线阻r2、r3的三线铂电极结构，每个线阻的引线为等长等线径等材质制作，因此默认三个线阻均相等，即r1＝r2＝r3＝r，热敏电阻Rpt100可以等效为一端包含一线(PT100-1)，另一端包含两线(PT100-2、PT100-3)的三线铂电极结构，本实施例中的温度采集电路等效简化为如图5(b)所示的电路。

上述温度采集电路的工作原理是：

当热敏电阻采集温度时，比较单元为运算放大器提供比较电压，包括热敏电阻包含两线的一端的比较电压Vad1，根据第一电压采集模块采集得到的比较电压Vad1，第二电压采集模块采集得到的运算放大器的输出电压Vad2，再结合基准单元为运算放大器提供的基准电压Vref，反馈单元提供的负反馈信号，可得到热敏电阻Rpt100的阻值，进而得到热敏电阻Rpt100的阻值对应的温度，完成温度采集。

本实施例中，仅通过一个运算放大器和使用一个热敏电阻，即可完成温度采集，无需使用过多器件(如电阻)，消除了线阻对采集精度的影响，有效的提高了温度检测的精度，得到准确的温度值。

实施例二

本实施例提供一种温度采集电路，如图3所示，在实施例一的基础上，该温度采集电路还包括滤波电容C1，滤波电容C1一端连接热敏电阻Rpt100包含两线的一端，滤波电容C1另一端连接热敏电阻Rpt100包含一线的一端。

具体地，滤波电容C1一端连接热敏电阻Rpt100包含两线(PT100-2、 PT100-3)的一端，另一端连接热敏电阻Rpt100包含一线(PT100-1)的一端，并且滤波电容C1与热敏电阻Rpt100包含一线(PT100-1)的一端共同接接地端。

本实施例中，通过在热敏电阻Rpt100的基础上加入滤波电容C1对电路中的电压信号进行滤波，使得采集到的电压数据更加准确，进而得到更为准确的温度值。

实施例三

本实施例提供一种温度采集电路，在实施例一的基础上，如图3所示，反馈单元4包括反馈电阻Rf，反馈电阻Rf一端连接运算放大器1的反相输入端，反馈电阻Rf另一端连接运算放大器1的输出端。

具体地，通过反馈电阻Rf将输出信号反馈到运算放大器1的反相输入端，从而形成负反馈，以保证运算放大器的输出电压与输入电压成线性关系，值得说明的是，运算放大器1的反相输入端还与热敏电阻Rpt100的PT100-2连接。

参考图5，在本实施例中，运算放大器输出端的电压Vad2与热敏电阻Rpt100 的阻值之间存在特定的关系，即Rpt100＝Rf*(2Vad1-Verf)/(Vad2-Verf)，通过电压采集单元5采集到的Vad1、Vad2以及已知的基准电压Vref即可得到热敏电阻Rpt100的阻值，在热敏电阻Rpt100的阻值计算中没有线阻r因子，因此，在本实施例的温度采集过程中能够消除线阻r对采集精度的影响，使得到的温度值更准确。

本实施例中，通过反馈电阻Rf提供负反馈信号到运算放大器1上，实现了基准电压Verf与比较电压的压差放大，保证了增益和输出信号的稳定。

实施例四

本实施例提供一种温度采集电路，在实施例一的基础上，如图6所示，基准单元2包括第一电阻R21、第二电阻R22以及二极管D1，第一电阻R21一端分别连接第二电阻R22一端以及二极管D1的负极，第一电阻R21另一端连接电源端VDD(3V3)，第二电阻R22另一端连接运算放大器1的正相输入端，二极管D1的正极连接接地端。

具体地，二极管D1优选型号为AD1580。串联的第一电阻R21、二极管D1 构成了基准单元结构，提供基准电压Vref给运算放大器1，第二电阻R22在基准电压Vref输入运算放大器1的线路中进行限流保护。

本实施例中，通过串联的第一电阻R21、二极管D1为运算放大器提供了用于热敏电阻Rpt100的阻值计算的基准电压Vref，第二电阻R22用作保护电阻，对线路进行保护，避免了电流过大烧毁运算放大器等器件。

实施例五

本实施例提供一种温度采集电路，在实施例一的基础上，如图7所示，基准单元2包括第三电阻R23以及基准电压芯片U1，基准电压芯片U1分别连接第三电阻R23一端、运算放大器1的正相输入端以及接地端，第三电阻R23另一端连接电源端VDD(3V3)。

具体地，基准电压芯片U1的优选型号为TL431，基准电压芯片U1与第三电阻R23串联，为运算放大器提供温度的基准电压Vref。

本实施例中，通过串联的第三电阻R23与基准电压芯片U1为运算放大器提供了基准电压Vref，用于热敏电阻Rpt100的阻值计算。

实施例六

本实施例提供一种温度采集电路，在实施例一的基础上，热敏电阻Rpt100 具有正温度系数。

具体地，热敏电阻Rpt100具有正温度系数，具有温度敏感性，可用作温度传感器，电流通过热敏电阻Rpt100后引起温度升高，即发热体的温度上升，当超过居里点温度后，电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高，温度越高，电阻值越大。

本实施例中，通过采用具有正温度系数的热敏电阻Rpt100，电流通过热敏电阻Rpt100后引起能产生ptc效应，实现温度的精准检测，稳定性好、过载能力强。

实施例七

本实施例提供一种控制板，包括实施例一至六中任一实施例的温度采集电路。

本实施例中，控制板由于采用了前述实施例中的温度采集电路，消除了线阻对采集精度的影响，有效的提高了温度检测的精度，使得控制板能够实现精准地温度采集。

实施例八

本实用新型还提供一种电器设备，包括实施例七的控制板。

具体地，该电器设备可以为但不限于温度监控仪。

本实施例中，由于采用了前述实施例中的控制板，能够实现精准地温度采集，使得电器设备及时准确地获取到环境温度信息。

综上所述，本实用新型实施例提供的温度采集电路，仅通过一个运算放大器，即可完成温度采集，无需使用过多器件，消除了线阻对采集精度的影响，有效的提高了温度检测的精度，得到准确的温度值。进一步地，通过在热敏电阻的基础上加入滤波电容对电路中的电压信号进行滤波，使得采集到的电压数据更加准确，进而得到更为准确的温度值。其中的反馈单元，通过反馈电阻提供负反馈信号到运算放大器上，实现了基准电压与比较电压的压差放大，保证了增益和输出信号的稳定。优选地，通过串联的第一电阻、二极管，或者通过串联的第三电阻与基准电压芯片，为运算放大器提供了用于热敏电阻的阻值计算的基准电压。通过采用具有正温度系数的热敏电阻，电流通过热敏电阻后引起能产生ptc效应，实现温度的精准检测，稳定性好、过载能力强。本实用新型实施例还提供一种控制板，由于其采用了该温度采集电路，消除了线阻对采集精度的影响，有效的提高了温度检测的精度，使得控制板能够实现精准地温度采集。本实用新型实施例还提供一种电器设备，由于采用了该控制板，能够实现精准地温度采集，使得电器设备及时准确地获取到环境温度信息。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种温度采集电路，其特征在于，包括：

运算放大器；

为运算放大器提供基准电压的基准单元；

为运算放大器提供比较电压的比较单元，包括热敏电阻，所述热敏电阻包含两线的一端连接运算放大器的反相输入端，所述热敏电阻包含一线的一端连接接地端；

提供负反馈信号到运算放大器，以实现所述基准电压与所述比较电压的压差放大的反馈单元；

电压采集单元，包括第一电压采集模块和第二电压采集模块，所述第一电压采集模块连接所述热敏电阻包含两线的一端，所述第二电压采集模块连接所述运算放大器的输出端。

2.根据权利要求1所述的温度采集电路，其特征在于，所述温度采集电路还包括滤波电容，所述滤波电容一端连接所述热敏电阻包含两线的一端，所述滤波电容另一端连接所述热敏电阻包含一线的一端。

3.根据权利要求1所述的温度采集电路，其特征在于，所述反馈单元包括反馈电阻，所述反馈电阻一端连接所述运算放大器的反相输入端，所述反馈电阻另一端连接所述运算放大器的输出端。

4.根据权利要求1所述的温度采集电路，其特征在于，所述基准单元包括第一电阻、第二电阻以及二极管，所述第一电阻一端分别连接所述第二电阻一端以及所述二极管的负极，所述第一电阻另一端连接电源端，所述第二电阻另一端连接所述运算放大器的正相输入端，所述二极管的正极连接接地端。

5.根据权利要求1所述的温度采集电路，其特征在于，所述基准单元包括第三电阻以及基准电压芯片，所述基准电压芯片分别连接所述第三电阻一端、所述运算放大器的正相输入端以及接地端，所述第三电阻另一端连接电源端。

6.根据权利要求1所述的温度采集电路，其特征在于，所述热敏电阻具有正温度系数。

7.一种控制板，其特征在于，包括如权利要求1至6任一项所述的温度采集电路。

8.一种电器设备，其特征在于，包括如权利要求7所述的控制板。

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