CN214793526U - 一种灵敏度和增益可动态调节的高精度测温电路 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种灵敏度和增益可动态调节的高精度测温电路，属于测温电路技术领域，其包括采集模块、灵敏度调节模块、信号放大模块、增益调节模块、模数转换模块和微控制单元；采集模块用于采集环境内的温度，并根据不同温度发出不同的模拟信号；灵敏度调节模块用于改变采集模块在不同温度区间的分压系数；信号放大模块用于放大采集模块在不同温度区间采集到的模拟信号；增益调节模块用于动态调节信号放大模块的增益值；模数转换模块用于接收信号放大模块放大后的模拟信号，并将该模拟信号转换成数字信号；微控制单元用于接收并处理数转换模块转换的数字信号，并生成含有对应温度值信息的信号。本申请具有提高测温精度的效果。

Description

一种灵敏度和增益可动态调节的高精度测温电路

技术领域

本申请涉及测温电路的领域，尤其是涉及一种灵敏度和增益可动态调节的高精度测温电路。

背景技术

测温电路广泛的应用于激光器、仪器、电子设备、传感器等领域中，并且在上述领域中，通常是使用负温度系数热敏（NTC）电阻或正温度系数热敏（PTC）电阻进行测温；热敏电阻有成本低、生产工艺简单、应用范围广的优点，但也有明显的缺点：在温度区间固有的非线性特性（NTC电阻的电阻值在0℃-50℃温度区间呈指数递减，PTC电阻的电阻值在0℃-50℃温度区间呈指数递增），给精确测温带来了较大的误差。

提高测温精度的关键在于提高热敏电阻的线性度，通常采用三极管与运算放大器组成对数放大器，利用对数增益对测温电路呈指数输出的信号进行反向修正。使用该方式时热敏电阻的指数非线性输出得到了改善，从而提高了测温精度。

针对上述中的相关技术，发明人认为现有技术中温度变化时，组成对数放大器的三极管与热力学相关的特性也会发生变化，从而导致对数放大器的增益也会变化，产生了与温度相关的增益误差，另外三极管之间的器件特性的差异在批量生产中无法保证补偿特性的一致性，因此非线性的改善程度也没法得到保证，其测温精度还是存在有一定误差。

实用新型内容

为了进一步提高测温的精度，本申请提供一种灵敏度和增益可动态调节的高精度测温电路。

本申请提供的一种灵敏度和增益可动态调节的高精度测温电路采用如下的技术方案：

一种灵敏度和增益可动态调节的高精度测温电路，包括采集模块、灵敏度调节模块、信号放大模块、增益调节模块、模数转换模块和微控制单元；所述采集模块，用于采集环境内的温度，并根据不同温度发出不同的模拟信号；所述灵敏度调节模块，电性连接于所述采集模块，用于改变所述采集模块在不同温度区间的分压系数，从而实现改变所述采集模块在不同温度区间采集温度时的灵敏度；所述信号放大模块，电性连接于所述灵敏度调节模块，用于放大所述采集模块采集到的模拟信号，并将放大后的模拟信号发送到模数转换模块；所述增益调节模块，电性连接于所述信号放大模块，用于动态调节所述信号放大模块的增益值；所述模数转换模块，信号连接于所述信号放大模块，用于接收所述信号放大模块放大后的模拟信号，并将该模拟信号转换成数字信号，将获得的数字信号发送到所述微控制单元；所述微控制单元，信号连接于所述模数转换模块，用于接收并处理所述数转换模块转换的数字信号，并生成含有对应温度值信息的信号。

通过采用上述技术方案，采集模块工作，并根据环境温度输出模拟信号；灵敏度调节模块使采集模块的分压系数呈指数递增，对采集模块的灵敏度进行补偿，提高测温精确度；模拟信号在信号放大模块的作用下放大；并在增益调节模块的调节作用下，使信号放大模块的增益值呈对数非线性递增，改善采集模块的非线性，进一步提高测温精确度。通过信号放大模块放大信号后，再通过模数转换模块将模拟信号转换成数字信号后，由微控制单元处理生成温度值信号。

可选的，所述灵敏度调节模块与信号放大模块之间电性连接有缓冲模块，所述缓冲模块用于对所述采集模块发出的模拟信号进行信号隔离与缓冲。

通过采用上述技术方案，通过对缓冲模块的设置，能够降低因采集模块阻值变化所导致的信号放大模块中输入阻抗的变化，从而便于信号的传输。

可选的，所述采集模块主要由热敏电阻组成，所述热敏电阻两端分别连接于所述灵敏度调节模块和电源负极。

通过采用上述技术方案，采集模块采用成本低、生产工艺简单的热敏电阻，实现对温度进行采集，同时能够降低生产成本。

可选的，所述灵敏度调节模块包括第一调节单元和第二调节单元，所述第一调节单元串联于所述缓冲模块与电源正极的支路中，所述第二调节单元串联与所述采集模块与所述缓冲模块的支路中。

通过采用上述技术方案，第一调节单元和第二调节单元通过改变采集模块的分压系数，从而实现改变采集模块采集温度时的灵敏度，进而提高测温时的精确度。

可选的，所述第一调节单元和第二调节单元均包括至少一个可变电阻器。

通过采用上述技术方案，第一调节单元和第二调节单元均采用可变电阻器，通过改变第一调节单元和第二调节单元的阻值，从而实现调节采集模块的分压系数。

可选的，所述缓冲模块包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的正向输入端电性连接于所述第一调节单元和第二调节单元之间，所述第一运算放大器的反向输入端与输出端电性连接，所述第一运算放大器的输出端还电性连接于所述信号放大模块。

通过采用上述技术方案，通过第一运算放大器组成缓冲模块，起到缓冲与隔离作用，从而实现降低因采集模块阻值变化所导致的信号放大模块中输入阻抗的变化。

可选的，所述信号放大模块包括第二运算放大器，所述第二运算放大器反向输入端电性连接于所述第一运算放大器的输出端，所述第二运算放大器正向输入端连接有恒压源，输出端连接于所述模数转换模块。

通过采用上述技术方案，通过对第二运算放大器的设置，实现对采集模块输出的模拟信号进行放大，便于模数转换模块将模拟信号转换成数字信号。

可选的，所述第一运算放大器的输出端与所述第二运算放大器反向输入端之间连接有第三电阻。

通过采用上述技术方案，通过对第三电阻的设置，能够对第二运算放大器起到分压限流的作用，保护第二运算放大器不被过大电流击穿。

可选的，所述增益调节模块包括至少一个的可变电阻器，且分别电性连接于所述第二运算放大器的反向输入端和输出端。

通过采用上述技术方案，通过对可变电阻器的设置，能够通过调节可变电阻器的阻值，实现对第二运算放大器增益值的调节。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过对灵敏度调节模块的设置，可以动态调节采集模块的分压系数，对采集模块的温度敏感系数进行补偿，能够起到提高测温精度的效果；

2.通过对增益调节模块的设置，可以使信号放大模块的增益值呈对数非线性递增，改善采集模块的非线性，进一步起到提高测温精确度的效果；

3.通过对缓冲模块的设置，可以降低因采集模块阻值变化所导致的信号放大模块中输入阻抗的变化，便于信号的传输。

附图说明

图1是本申请实施例的整体电路结构原理图。

附图标记说明：1、采集模块；2、灵敏度调节模块；21、第一调节单元；22、第二调节单元；3、信号放大模块；4、增益调节模块；5、模数转换模块；6、微控制单元；7、缓冲模块。

具体实施方式

以下结合附图1对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种灵敏度和增益可动态调节的高精度测温电路。参照图1，高精度测温电路包括用于采集温度模拟信号的采集模块1、用于放大模拟信号的信号放大模块3、用于将模拟信号转换成数字信号的模数转换（ADC）模块和用于接收并处理数转换模块转换的数字信号，并生成含有对应温度值信号的微控制单元6，以及对整个电路进行供电的电源。采集模块1采集到温度模拟信号后，传送到信号放大模块3放大信号，再通过模数转换后，由微控制单元6处理生成温度值信号，微控制单元6既可以将获取的温度值信号存储，也可以直接发送到显示器上显示。

参照图1，采集模块1主要由热敏电阻组成，热敏电阻两端分别连接于所述灵敏度调节模块2和电源负极，热敏电阻有电阻值在温度区间呈指数递减的负温度系数热敏（NTC）电阻和电阻值在温度区间呈指数递增正温度系数热敏（PTC）电阻，本申请中采用负温度系数热敏（NTC）电阻。

参照图1，提高采集模块1的温度感知灵敏度能够提高测温时的精确度。为了提高采集模块1的灵敏度，NTC电阻远离电源负极的一端连接有灵敏度调节模块2，灵敏度调节模块2通过改变采集模块1在不同温度区间的分压系数，从而实现改变采集模块1在不同温度区间采集温度时的灵敏度，进而提高测温时的精确度。灵敏度调节模块2包括第一调节单元21和第二调节单元22，其中第一调节单元21和第二调节单元22均包括至少一个可变电阻器；本申请中，第一调节单元21优选为一个第一数字电位器R1，第二调节单元22同样优选为一个第二数字电位器R2, 第一数字电位器R1与第二数字电位器R2串联于NTC电阻的支路中。通过第一数字电位器R1与第二数字电位器R2的调节，使NTC电阻的分压系数呈动态改变，且通过调节呈指数式递增，补偿NTC温度敏感系数呈指数的递减，补偿在0℃-50℃测温区间灵敏度的变化，从而提高测温时的精确度。

参照图1，为了降低因NTC电阻阻值变化所导致的信号放大模块3中输入阻抗的变化，灵敏度调节模块2与信号放大模块3之间电性连接有缓冲模块7，缓冲模块7用于对采集模块1发出的模拟信号进行信号隔离与缓冲。缓冲模块7包括第一运算放大器UA，第一运算放大器UA的正向输入端电性连接于第一调节单元21和第二调节单元22之间，即第一数字电位器R1与第二数字电位器R2之间，使得第一数字电位器R1串联于缓冲模块7与电源正极的支路中，第二数字电位器R2串联与采集模块1与缓冲模块7的支路中。第一运算放大器UA的反向输入端与输出端电性连接，第一运算放大器UA的输出端还电性连接于信号放大模块3。

参照图1，为了将采集模块1采集到的模拟信号放大，信号放大模块3包括第二运算放大器UB，第二运算放大器UB的反向输入端电性连接于第一运算放大器UA的输出端，第二运算放大器UB的正向输入端连接有恒压源，本申请中恒压源的电压等于+2.5V，第二运算放大器UB的输出端连接于模数转换模块5。

参照图1，为了保护第二运算放大器UB不被过大电流击穿，第一运算放大器UA的输出端与第二运算放大器UB的反向输入端之间连接有第三电阻R3。第三电阻R3串联于第二运算放大器UB的反向输入端的支路上，能够对第二运算放大器UB起到分压限流的作用，从而实现保护第二运算放大器UB。

参照图1，为了进一步提高测温的精确度，信号放大模块3连接有增益调节模块4，增益调节模块4用于在0℃-50℃的测温区间内动态调节信号放大模块3的增益值，使整个增益值的变化呈对数非线性递增，从而间接改善NTC电阻的非线性，即实现提高测温的精确度；增益调节模块4包括至少一个的可变电阻器，本申请中，可变电阻器优选采用数字电位器R4，数字电位器R4的两端电性连接于第二运算放大器UB的反向输入端和输出端。

本申请实施例一种灵敏度和增益可动态调节的高精度测温电路的实施原理为：电源接通，采集模块1中的NTC电阻工作，并根据环境温度输出模拟信号；同时第一数字电位器R1与第二数字电位器R2进行调节，使NTC电阻的分压系数呈指数递增，对NTC电阻的灵敏度进行补偿，提高测温精确度；模拟信号经过起缓冲作用的第一运算放大器UA后在第二运算放大器UB作用下放大；并在数字电位器R4的调节作用下，使第二运算放大器UB的增益值呈对数非线性递增，改善NTC电阻的非线性，进一步提高测温精确度。通过第二运算放大器UB放大信号后，再通过ADC模块将模拟信号转换成数字信号后，由微控制单元6处理生成温度值信号。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种灵敏度和增益可动态调节的高精度测温电路，其特征在于：包括采集模块(1)、灵敏度调节模块(2)、信号放大模块(3)、增益调节模块(4)、模数转换模块(5)和微控制单元(6)；

所述采集模块(1)，用于采集环境内的温度，并根据不同温度发出不同的模拟信号；

所述灵敏度调节模块(2)，电性连接于所述采集模块(1)，用于改变所述采集模块(1)在不同温度区间的分压系数，从而实现改变所述采集模块(1) 在不同温度区间采集温度时的灵敏度；

所述信号放大模块(3)，电性连接于所述灵敏度调节模块(2)，用于放大所述采集模块(1)采集到的模拟信号，并将放大后的模拟信号发送到模数转换模块(5)；

所述增益调节模块(4)，电性连接于所述信号放大模块(3)，用于动态调节所述信号放大模块(3)的增益值；

所述模数转换模块(5)，信号连接于所述信号放大模块(3)，用于接收所述信号放大模块(3)放大后的模拟信号，并将该模拟信号转换成数字信号，将获得的数字信号发送到所述微控制单元(6)；

所述微控制单元(6)，信号连接于所述模数转换模块(5)，用于接收并处理所述数转换模块转换的数字信号，并生成含有对应温度值信息的信号。

2.根据权利要求1所述的一种灵敏度和增益可动态调节的高精度测温电路，其特征在于：所述灵敏度调节模块(2)与信号放大模块(3)之间电性连接有缓冲模块(7)，所述缓冲模块(7)用于对所述采集模块(1)发出的模拟信号进行信号隔离与缓冲。

3.根据权利要求1所述的一种灵敏度和增益可动态调节的高精度测温电路，其特征在于：所述采集模块(1)主要由热敏电阻组成，所述热敏电阻两端分别连接于所述灵敏度调节模块(2)和电源负极。

4.根据权利要求2所述的一种灵敏度和增益可动态调节的高精度测温电路，其特征在于：所述灵敏度调节模块(2)包括第一调节单元(21)和第二调节单元(22)，所述第一调节单元(21)串联于所述缓冲模块(7)与电源正极的支路中，所述第二调节单元(22)串联与所述采集模块(1)与所述缓冲模块(7)的支路中。

5.根据权利要求4所述的一种灵敏度和增益可动态调节的高精度测温电路，其特征在于：所述第一调节单元(21)和第二调节单元(22)均包括至少一个可变电阻器。

6.根据权利要求4所述的一种灵敏度和增益可动态调节的高精度测温电路，其特征在于：所述缓冲模块(7)包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的正向输入端电性连接于所述第一调节单元(21)和第二调节单元(22)之间，所述第一运算放大器的反向输入端与输出端电性连接，所述第一运算放大器的输出端还电性连接于所述信号放大模块(3)。

7.根据权利要求6所述的一种灵敏度和增益可动态调节的高精度测温电路，其特征在于：所述信号放大模块(3)包括第二运算放大器，所述第二运算放大器反向输入端电性连接于所述第一运算放大器的输出端，所述第二运算放大器正向输入端连接有恒压源，输出端连接于所述模数转换模块(5)。

8.根据权利要求7所述的一种灵敏度和增益可动态调节的高精度测温电路，其特征在于：所述第一运算放大器的输出端与所述第二运算放大器反向输入端之间连接有第三电阻。

9.根据权利要求7所述的一种灵敏度和增益可动态调节的高精度测温电路，其特征在于：所述增益调节模块(4)包括至少一个的可变电阻器，且分别电性连接于所述第二运算放大器的反向输入端和输出端。

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