CN2692646Y - 一种热电阻温度测量电路 - Google Patents

Abstract

一种用热电阻作为温度传感器精确测量温度的测量电路，包括：一用以提供该温度测量电路所需电流的恒流源、一用以获得被测量温度的三线制铂热电阻、一运算放大电路及一调零电阻；所述三线制铂热电阻包括一正端子、一负端子和一公共端子，其中，所述恒流源连接所述三线制铂热电阻的正端子，所述运算放大电路的输入端接所述三线制铂热电阻的正端子和负端子，所述调零电阻的一端连接所述三线制铂热电阻的公共端子，其另一端接地；该放大器的输出电压和热电阻的电阻变化值成线性关系，从而该热电阻的阻值随温度的变化转换成该放大器的输出电压值随温度的变化。本热电阻温度测量电路采用单恒流源作为热电阻的激励，不存在恒流源不一致的问题，具有更好的一致性，从而提高了测量精度。

Description

一种热电阻温度测量电路

技术领域

本实用新型涉及一种用热电阻作为温度传感器精确测量温度的测量电路。

背景技术

目前，业界常采用热电阻作为温度传感器来精确测量温度，由于热电阻的阻值随着温度的变化而变化，通过精确测量热电阻的电阻值，可以获得对应的温度，热电阻阻值随温度变化曲线的一致性比较好，获得的测量精度较高。现有的测量方法是采用双路恒流源将热电阻的阻值变换成相应的电压值，以便于进行A/D转换从而将温度量化。

如图1所示，是双恒流源热电阻温度测量电路。其中，PT100是3线制铂热电阻(100Ω，0度时)，I1和I2是两个恒流源，它们的恒流电流是相同的。RS1，RS2，RS3是线路电阻，RZ是调零电阻，A1为一运算放大器。

I1的电流流动方向是VCC到I1到V1到RS1到P+经过PT100到COM经过RS3最后接地。

I2的电流流动方向是VCC到I2到V2到RS2到P-再到COM经过RS3最后接地。

根据集成运算放大器的原理可知，集成运算放大器的输入阻抗相当大(一般在几十兆Ω以上)，所以从V1，V2流向运算放大器电路+，-输入端的电流与恒流源电流相比可以忽略不计。这样就可以得出V1和V2的电压：

V1＝I1*(RS1+Rpt100+RS3)

V2＝I2*(RZ+RS2+RS3)

其中I1和I2是具有相同输出电流的恒流源，I1＝I2。RS1，RS2，RS3是同等材料同等长度导线电缆，因此这些导线的阻值是相同的，RS1＝RS2＝RS3。由以上条件就可以得到：

V1-V2＝I*(RS+Rpt100+RS)-I*(RZ+RS+RS)

     ＝I*(Rpt100-RZ)集成运算放大器的输出是Vout＝K*(V1-V2)＝K*I*(Rpt100-RZ)；(其中K为运算放大器的放大倍数)，从中可以看出放大器的输出电压和热电阻的变化值成线性关系。从而实现了热电阻的阻值随温度的变化转换成电压值随温度的变化。再经过模拟/数字(A/D)转换器将温度量化。

上述的热电阻温度测量电路采用双恒流源作为热电阻的激励，它的测量精度是建立在两个恒流源电流一致性很好的基础上，然而任何恒流源都会存在时间飘移和温度飘移，随着时间的推移和周围环境条件温度的变化，恒流源的一致性就会受到影响，从而造成较大测量误差。

发明内容

为解决现有技术中热电阻温度测量电路在测量温度时误差较大的技术问题，本实用新型提供一种热电阻温度测量电路，采用单个恒流源作为激励，将多路热电阻的阻值线性地转换为电压信号，能有效的提高测量的精度。

本实用新型解决技术问题的技术方案是：提供一种热电阻温度测量电路，包括：一用以提供该温度测量电路所需电流的恒流源、一用以获得被测量温度的三线制铂热电阻、一运算放大电路及一调零电阻；所述三线制铂热电阻包括一正端子、一负端子和一公共端子，其中，所述恒流源连接所述三线制铂热电阻的正端子，所述运算放大电路的输入端接所述三线制铂热电阻的正端子和负端子，所述调零电阻的一端连接所述三线制铂热电阻的公共端子，其另一端接地；该放大器的输出电压和热电阻的电阻变化值成线性关系，从而该热电阻的阻值随温度的变化转换成该放大器的输出电压值随温度的变化。

与现有技术相比，本热电阻温度测量电路采用单恒流源作为热电阻的激励，不存在恒流源不一致的问题，具有更好的一致性，从而提高了测量精度。

下面结合附图和具体实施方式进一步说明本实用新型所述技术方案。

附图说明

图1是双恒流源热电阻温度测量电路；

图2是单恒流源热电阻温度测量电路；

图3是单恒流源热电阻温度测量电路的另一实施电路图。

具体实施方式

如图1所示，是双恒流源热电阻温度测量电路。

如图2所示，PT100是三线制铂热电阻(100Ω，0℃时)，I是一恒流源，RS1，RS2，RS3是导线电阻，RZ是调零电阻，A2为运算放大电路。

恒流源I的电流流动方向是VCC到I到V1到RS1到P+经过PT100到公共端COM经过RS3最后经过RZ接地。根据集成运算放大器的原理可知，集成运算放大器的输入阻抗相当大(在几十兆Ω以上)，所以从V1，V2向运算放大电路的+，-输入端流去的电流小到可以忽略不计。这样就可以算出V1和V2的电压：

V1＝I*(RS1+Rpt100+RS3+RZ)

V2＝I*(RZ+RS3)

其中RS1，RS2，RS3是同等材料同等长度导线电缆，所以它们的导线电阻值是相同的，有RS＝RS1＝RS2＝RS3。Vout为V1和将V2放大2倍的差，由以上条件就可以得到：

Vout＝V1-2*V2

    ＝I*(RS+Rpt100+RS+RZ)-I*2*(RZ+RS)

    ＝I*(Rpt100-RZ)

放大器A2的输出电压和热电阻的变化值成线性关系。从而实现了热电阻的阻值随温度的变化转换成电压值随温度的变化。再经过模拟/数字(A/D)转换器将温度量化。

此外，本实用新型三线制热电阻的3根导线电缆中，只要RS1＝RS3就可以满足要求，另外的一根导线RS2的阻值对测量精度没有影响。

如图3所示，为本实用新型另一实施方式原理图，其中，三个圆点为三线制热电阻的接线端子。K1A、K2A、K3A是集成模拟多路开关，用于进行多路热电阻的时分复用处理，通过集成模拟多路开关CONTROL端控制选择各路热电阻的导通来时分复用同一处理电路。R4和C1，R7和C2分别组成低通滤波器以去除电压信号中的高频噪声。U1A，U2A，U3A是三个集成运算放大器，分别与电阻R5，R6，R8，R9，R10，R11一起组成运算电路，其中，U1A接成一电压跟随器，U2A接成一2倍电压放大器，U3A接成一减法器。RZ是调零电阻。

工作时，恒流源电路的电流经过K1A流向RS1，顺序经过PT100，RS3和RZ流到地。另外一路流经K2A，R4到运算放大器U1A的+输入端，根据集成运算放大器的原理可知由于集成运算放大器U1A的输入的高阻抗(在几十兆Ω以上)，从而流经K2A、R4的电流相当小，可以忽略不计，所以有U1A+端的输入电压就等于端子X点的电压。

同理由于集成运算放大器U2A的输入的高阻抗，流经RS2、K3A、R7的电流也相当小，可以忽略不计，从而有U2A+端的输入电压等于端子Y点的电压。恒流源的电流值为I。

由以上条件我们可以得到以下等式：

VU1A(输入)＝I*(RS1+Rpt100+RS3+RZ)

VU2A(输入)＝I*(RS3+RZ)

图3中选电阻R5＝R6＝R8＝R9＝R10＝R11，RS1，RS2，RS3是同等材料同等长度导线电缆，所以它们的导线电阻值是相同的，有RS＝RS1＝RS2＝RS3由以上条件可以得到：

Vout＝VU1A(输入)-2*VU2A(输入)

    ＝I*(RS1+Rpt100+RS3+RZ)-2*I*(RS3+RZ)

    ＝I*(Rpt100-RZ)

由以上算式可以看出：放大器的输出电压和热电阻的变化值成线性关系。从而实现了热电阻的阻值随温度的变化转换成电压值随温度的变化。

本多路热电阻温度测量技术是用单恒流源作为热电阻的激励，不存在恒流源一致性问题，从而在这个方面克服了测量误差，提高了测量精度。

Claims (5)

1.一种热电阻温度测量电路，包括：一用以提供该温度测量电路所需电流的恒流源、一用以获得被测量温度的三线制铂热电阻、一运算放大电路及一调零电阻；所述三线制铂热电阻包括一正端子、一负端子和一公共端子，其特征在于，所述恒流源连接所述三线制铂热电阻的正端子，所述运算放大电路的输入端接所述三线制铂热电阻的正端子和负端子，所述调零电阻的一端连接所述三线制铂热电阻的公共端子，其另一端接地；该放大器的输出电压和热电阻的电阻变化值成线性关系。

2.如权利要求1所述的热电阻温度测量电路，其特征在于所述运算放大电路的输出为正端输入值与负端输入值的两倍的差。

3.如权利要求2所述的热电阻温度测量电路，其特征在于所述的恒流源、调零电阻、运算放大电路与所述三线制铂热电阻端子间使用同等材料同等长度导线连接。

4.如权利要求3所述的热电阻温度测量电路，其特征在于所述恒流源与所述三线制铂热电阻的正端子之间、所述的运算放大电路输入端与所述三线制铂热电阻的正端子和负端子之间分别设置一集成模拟多路开关，用以进行多路热电阻的时分复用处理。

5.如权利要求3所述的热电阻温度测量电路，其特征在于所述运算放大电路输入端与所述三线制铂热电阻的正端子和负端子之间分别设置一低通滤波器，用以去除电压信号中的高频噪声。