CN213301512U - 一种Pt100热电阻的温度测量电路 - Google Patents
一种Pt100热电阻的温度测量电路 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种Pt100热电阻的温度测量电路，包括：电源VDD3P3、基准电源REF3030、采样电路和差分信号放大电路；采样电路为具有四个桥臂的惠斯通电桥，电源VDD3P3与基准电源REF3030的一号引脚相连，用于为基准电源REF3030供电；基准电源REF3030的三号引脚接地、二号引脚与Pt100热电阻的输入端相连，并向Pt100热电阻输出3.0V的参考电压，作为采样电路的输入电压；其中，Pt100热电阻作为惠斯通电桥的第一桥臂，其两个输出端分别与差分信号放大电路的反相输入端和惠斯通电桥的第二桥臂相连；差分信号放大电路的同相输入端连接在惠斯通电桥的第三桥臂和第四桥臂之间。
Description
技术领域
本实用新型涉及温度测量技术领域，具体涉及一种Pt100热电阻的温度测量电路。
背景技术
随着科学技术的进步，电动设备逐步朝着高压、大功率、多功能化的方向发展，电动设备内部特定部位的温度测量是判断其是否完好的一项重要指标。Pt100热电阻的阻值与其所受温度近似成线性关系，如图1所示，其阻值—温度关系的线性度非常好，在-200℃～650℃温度范围内线性度已经非常接近直线。当温度变化的时候，Pt100热电阻的阻值也随之变化，通过阻值--温度表达式便可以计算出相对应的温度。因此电动设备厂商普遍在设备的特定部位预埋Pt100热电阻，随着Pt100热电阻阻值的变化，通过处理电路转换成与其相关的电压变化，通过测量此电压可以计算得到设备内部环境温度。
Pt100热电阻可测温度的范围宽(零下几十度到零上几百度)，所以应用广泛。如图2所示，现有技术中Pt100热电阻的测温电路，只能测量零度以上的温度，假设Pt100热电阻当前所处的环境温度是零摄氏度，那么Pt100热电阻的阻值为100欧姆，体现在测温电路中，对应电桥的压差为0V，AD623(单或双电源轨至轨输出仪表放大器)输出电压是0V，通过处理电路转换成与其设备内部环境温度相关的电压变化，通过测量此电压可以计算得到设备内部环境温度。假设Pt100热电阻当前所处的环境温度低于零摄氏度，此时其阻值小于100 欧姆，同相的电压就会比反相的电压小，AD623的输出电压则一直保持为0V，所以此时测温电路就测不到零摄氏度以下温度。鉴于上述技术问题，同时考虑应用范围，有必要提出了一种可以测量负温度的测量电路。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供了一种Pt100热电阻的温度测量电路，既能够测量正温度，也能够测量负温度，有效扩展温度的测量范围。
本实用新型的技术方案为：一种Pt100热电阻的温度测量电路，包括：电源VDD3P3、基准电源REF3030、采样电路和差分信号放大电路；
所述采样电路为具有四个桥臂的惠斯通电桥，所述电源VDD3P3与基准电源REF3030 的一号引脚相连，用于为基准电源REF3030供电；基准电源REF3030的三号引脚接地、二号引脚与Pt100热电阻的输入端相连，并向Pt100热电阻输出3.0V的参考电压，作为采样电路的输入电压；其中，Pt100热电阻作为惠斯通电桥的第一桥臂，其两个输出端分别与差分信号放大电路的反相输入端和惠斯通电桥的第二桥臂相连；差分信号放大电路的同相输入端连接在惠斯通电桥的第三桥臂和第四桥臂之间；
当Pt100热电阻的阻值随着其所处的环境温度改变时，惠斯通电桥上产生采样信号，采样信号接入差分信号放大电路进行信号放大处理，能够得到Pt100热电阻的阻值随设备内部环境温度变化的关系曲线。
优选地，所述惠斯通电桥的第四桥臂、第二桥臂和第三桥臂分别为：电阻R53、R59和 R60；所述电阻R59与Pt100热电阻串联为电路Ⅰ，所述电阻R53与电阻R60串联为电路Ⅱ，电路Ⅰ和电路Ⅱ再并联形成所述惠斯通电桥。
优选地，所述差分信号放大电路包括：AD623和电阻R4；所述电阻R69的另一端与AD623 的二号引脚相连，AD623的三号引脚通过电阻R68连接在电阻R53和电阻R60之间的电路上，AD623的一号引脚和八号引脚之间串联电阻R4，用于对采样电压信号进行放大；所述AD623的七号引脚与电源VDD3P3相连，用于为AD623供电；所述AD623的四号引脚和五号引脚分别接地，AD623的六号引脚用于输出放大电压信号。
有益效果：
本实用新型的温度测量电路通过将Pt100热电阻连接到差分信号放大电路的反相输入端，将差分信号放大电路的同相输入端连接在惠斯通电桥的第三桥臂和第四桥臂之间，既能够测量正温度，也能够测量负温度，有效扩展温度的测量范围；同时，本实用新型的温度测量电路采用三线式Pt100热电阻，能够有效消除导线电阻对测温结果的影响。
附图说明
图1为现有技术中Pt100热电阻阻值-温度的关系曲线。
图2为现有技术中Pt100热电阻的测温电路示意图。
图3为本发明中Pt100热电阻的测温电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。
本实施例提供了一种Pt100热电阻的温度测量电路，既能够测量正温度，也能够测量负温度，有效扩展温度的测量范围。
如图3所示，该测量电路包括：电源VDD3P3、基准电源REF3030、采样电路和差分信号放大电路；其中，采样电路包括：电阻R53、R59和R60，差分信号放大电路包括：AD623 和电阻R4；
该测量电路的连接关系为：电阻R53、R59、R60与Pt100热电阻相连形成惠斯通电桥，电阻R53、R59、R60与Pt100热电阻分别为惠斯通电桥的四个桥臂；其中，电阻R59与Pt100热电阻串联为电路Ⅰ，电阻R53与电阻R60串联为电路Ⅱ，电路Ⅰ和电路Ⅱ再并联形成惠斯通电桥，作为采样电路；
电源VDD3P3与基准电源REF3030的一号引脚(VIN)相连，电源VDD3P3作为基准电源REF3030的外供电源，用于为基准电源REF3030供电；基准电源REF3030的三号引脚 (GND)接地、二号引脚(VOUT)与Pt100热电阻(采用三线式)的输入端(Pt100_A) 相连，并向Pt100热电阻输出3.0V的参考电压，作为采样电路的输入电压；Pt100热电阻的两个输出端(Pt100_B)分别与电阻R59、R69相连，电阻R69的另一端与AD623的二号引脚(反相输入端，-IN)相连，AD623的三号引脚(同相输入端，+IN)通过电阻R68连接在电阻R53和电阻R60之间的电路上，AD623的一号引脚(-RG)和八号引脚(+RG)之间串联电阻R4形成差分信号放大电路，用于对采样电压信号进行放大；AD623的七号引脚(+VS) 与电源VDD3P3相连，电源VDD3P3用于为AD623供电，AD623的四号引脚(-VS)和五号引脚(REF)分别接地，AD623的六号引脚(输出端，OUTPUT)用于输出放大电压信号；
放大倍数G的计算公式为：G＝(1+100KΩ/R4)，其中，R4为电阻R4的阻值；
该测量电路的工作原理为：当Pt100热电阻的阻值随着其所处的环境温度改变时，惠斯通电桥上产生一个电压差信号，称为采样电压信号，采样电压信号接入差分信号放大电路进行信号放大处理，得到Pt100热电阻的阻值随设备内部环境温度变化的关系曲线，进而查表得出设备内部环境温度值；
假设电阻R4的阻值为4.7KΩ，则根据放大倍数G的计算公式可得， G＝(1+100KΩ/4.7KΩ)≈22.28，即此时差分信号放大电路能够将采样电压放大22.28倍；
AD623的最大输出电压为3.3V，当放大倍数为22.28倍时，可知惠斯通电桥对应的最大压差为3300mV/22.28＝148.11mV，进而可知即使惠斯通电桥的压差大于148.11mV，AD623 的输出电压也是3.3V；同时，假设R53、R59、R60、R68和R69的阻值分别为75Ω、2KΩ、2KΩ、1KΩ和1KΩ，结合惠斯通电桥可得AD623三号引脚的电压为2891.5mV，则AD623 二号引脚的电压最大只能是2743.39mV，对应可得Pt100的阻值为187Ω；通过查Pt100热电阻分度表，可知当Pt100热电阻的阻值为187Ω时，对应的设备内部环境温度为232℃；
当惠斯通电桥平衡，即压差为0V时，输入AD623的采样电压信号为0V，采样电压信号经过AD623差分放大后，根据惠斯通电桥计算可得到Pt100热电阻的阻值为75Ω，通过查Pt100热电阻分度表，可知此时环境温度为-63.4℃。
综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种Pt100热电阻的温度测量电路，其特征在于，包括：电源VDD3P3、基准电源REF3030、采样电路和差分信号放大电路；
所述采样电路为具有四个桥臂的惠斯通电桥，所述电源VDD3P3与基准电源REF3030的一号引脚相连，用于为基准电源REF3030供电；基准电源REF3030的三号引脚接地、二号引脚与Pt100热电阻的输入端相连，并向Pt100热电阻输出3.0V的参考电压，作为采样电路的输入电压；其中，Pt100热电阻作为惠斯通电桥的第一桥臂，其两个输出端分别与差分信号放大电路的反相输入端和惠斯通电桥的第二桥臂相连；差分信号放大电路的同相输入端连接在惠斯通电桥的第三桥臂和第四桥臂之间；
当Pt100热电阻的阻值随着其所处的环境温度改变时，惠斯通电桥上产生采样信号，采样信号接入差分信号放大电路进行信号放大处理，能够得到Pt100热电阻的阻值随设备内部环境温度变化的关系曲线。
2.如权利要求1所述的Pt100热电阻的温度测量电路，其特征在于，所述惠斯通电桥的第四桥臂、第二桥臂和第三桥臂分别为：电阻R53、R59和R60；所述电阻R59与Pt100热电阻串联为电路Ⅰ，所述电阻R53与电阻R60串联为电路Ⅱ，电路Ⅰ和电路Ⅱ再并联形成所述惠斯通电桥。
3.如权利要求2所述的Pt100热电阻的温度测量电路，其特征在于，所述差分信号放大电路包括：AD623和电阻R4；所述电阻R69的另一端与AD623的二号引脚相连，AD623的三号引脚通过电阻R68连接在电阻R53和电阻R60之间的电路上，AD623的一号引脚和八号引脚之间串联电阻R4，用于对采样电压信号进行放大；所述AD623的七号引脚与电源VDD3P3相连，用于为AD623供电；所述AD623的四号引脚和五号引脚分别接地，AD623的六号引脚用于输出放大电压信号。
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