CN102798479A - 热电偶用放大电路以及温度监视系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种温度检测信号的精度提高的热电偶用放大电路以及温度监视系统。所述热电偶用放大电路具有：集电极接地的第一晶体管（Q11），其集电极接地，热电偶的一端的电压提供给基极然后从发射极输出；集电极接地的第二晶体管（Q12），其集电极接地，热电偶的另一端的电压提供给基极然后从发射极输出；基极接地的第三晶体管（Q14），其基极为恒定电位，第一晶体管的输出提供给发射极然后从集电极输出；基极接地的第四晶体管（Q15），其基极为恒定电位，第二晶体管的输出提供给发射极然后从集电极输出；以及运算放大器（15），其对第三晶体管的输出与第四晶体管的输出进行差动放大。

Description

热电偶用放大电路以及温度监视系统

技术领域

本发明涉及对热电偶的两端电压进行放大的热电偶用放大电路以及温度监视系统。

背景技术

目前，使用热电偶进行温度测量。在这种情况下，因为热电偶的输出电压小，所以通过放大电路进行放大。

图4表示现有的热电偶用放大电路的一例的电路结构图。在图4中，在端子TC+和端子TC-之间连接一个热电偶。端子TC+经由电阻R1接地，并且经由串联连接的电阻R2、R3接地。端子TC-经由电阻R4接地，并且经由串联连接的电阻R5、R6与输出端子6连接。

npn晶体管Q0的集电极与基极经由电流源2与电源Vcc连接，晶体管Q0的发射极与电阻R5、R6的连接点连接。npn晶体管Q1的基极与晶体管Q0的基极共同连接，晶体管Q1的集电极经由电流源3与电源Vcc连接，晶体管Q1的发射极与电阻R2、R3的连接点连接。同样地，npn晶体管Q2的基极与晶体管Q0的基极共同连接，晶体管Q2的集电极经由电流源4与电源Vcc连接，晶体管Q2的发射极与电阻R5、R6的连接点连接。

晶体管Q1的集电极与运算放大器5的同相输入端子连接，晶体管Q2的集电极与运算放大器5的反相输入端子连接。晶体管Q1、Q2与晶体管Q0构成了电流反射镜电路，晶体管Q1、Q2分别构成了基极接地电路。

由此，端子TC+、端子TC-之间的电压通过基极接地的晶体管Q1、Q2被提供给运算放大器5，在运算放大器5中通过由电阻R5、R6决定的电压增益（=R6/R5）放大后从端子6输出。

已知以下的技术：经由在差动对的第一、第二晶体管的共同发射极上连接的射极跟随器电路，由电平移动二极管构成第一渥尔曼（cascode）自举电路的偏压电路，在恒流电路和负供给电源-VCC之间设置第二渥尔曼自举电路，通过射极跟随器电路的电平移动电路，对该第二渥尔曼自举电路的偏置电压进行偏置（例如参照专利文献1）。

现有的热电偶用放大电路，因为通过基极接地来使用输入部的晶体管Q1、Q2，所以从晶体管Q1、Q2的发射极经由电阻R2、R5向端子TC+、TC-流入某种程度大的电流。因此，由于晶体管Q1、Q2的发射极电流的偏差、电阻R2、R3、R5、R6的电阻值的偏差、电阻R2与端子TC+之间的配线电阻、电阻R5与端子TC-之间的配线电阻的偏差，作为电阻R2、R3的连接点的A点的电位与作为电阻R5、R6的连接点的B点的电位成为不同的值。由此，放大电路的电压增益变化（电压增益不是R6/R5），存在从端子6输出的温度检测信号的精度恶化的问题。

专利文献1：日本特开平6-120747号公报

发明内容

本发明是鉴于上述问题提出的，其目的在于提供温度检测信号的精度提高的热电偶用放大电路。

本发明的一个实施方式的热电偶用放大电路，是对热电偶的两端电压进行放大的热电偶用放大电路，具有：集电极接地的第一晶体管（Q11），其集电极接地，所述热电偶的一端的电压提供给基极然后从发射极输出；集电极接地的第二晶体管（Q12），其集电极接地，所述热电偶的另一端的电压提供给基极然后从发射极输出；基极接地的第三晶体管（Q14），其基极为恒定电位，所述第一晶体管的输出提供给发射极然后从集电极输出；基极接地的第四晶体管（Q15），其基极为恒定电位，所述第二晶体管的输出提供给发射极然后从集电极输出；以及运算放大器（15），其对所述第三晶体管的输出与所述第四晶体管的输出进行差动放大。

优选具有：第一微调电路（12），其被设置在所述第三晶体管的集电极与电源之间，调整电阻值；以及第二微调电路（13），其被设置在所述第四晶体管的集电极与电源之间，调整电阻值。

优选所述第一或第二微调电路具有：串联连接的N（N为2以上的整数）个电阻（R20~R22）；以及在所述多个电阻中的N-1个电阻各自的两端之间并联连接的熔断器（22、23）。

本发明的一个实施方式的温度监视系统，具有：输出与检测温度对应的两端电压的多个热电偶（31a~31c）；放大所述多个热电偶各自的两端电压的多个上述第一或第二项所述的热电偶用放大电路（30a~30c）；多路复用器（33），其依次选择并输出所述多个热电偶用放大电路输出的温度检测信号；AD变换器（35），其使所述多路复用器的输出信号数字化；以及微型计算机（37），向其供给所述AD变换器输出的数字温度检测信号。

上述括号内的参照符号是为了容易理解而附加的，只是一个例子，并不限于附图的形式。

根据本发明，能够提高温度检测信号的精度。

附图说明

图1是本发明的热电偶用放大电路的一个实施方式的电路结构图。

图2是微调电路的一个实施方式的电路图。

图3是使用本发明的热电偶用放大电路的温度监视系统的一个实施方式的结构框图。

图4是现有的热电偶用放大电路的一例的电路结构图。

符号说明

11、31a、31b、31c热电偶

12、13微调电路

14电流源

15运算放大器

22、23熔断器

30a、30b、30c热电偶用放大电路

32、36稳压器

33多路复用器

35AD变换器

37微型计算机

C11电容器

Q11~Q16晶体管

R11~R22电阻

具体实施方式

以下根据附图说明本发明的实施方式。

图1表示本发明的热电偶用放大电路的一个实施方式的电路结构图。在图1中，在端子TC+与端子TC-之间连接热电偶11。端子TC+经由下拉用电阻R11接地，并且经由串联连接的电阻R12、R13接地。端子TC-经由下拉用电阻R14接地，并且经由串联连接的电阻R15、R16与输出端子16连接。电阻R12~R16的电阻值例如设定为R12=R15、R13=R16。

在作为R12、R13的连接点的A点连接pnp晶体管Q11的基极，并且连接用于除去噪音的电容器C11的一端，电容器C11的另一端接地。晶体管Q11的集电极接地，晶体管Q11的发射极与npn晶体管Q14的发射极连接。

在作为R15、R16的连接点的B点连接pnp晶体管Q12的基极，并且连接pnp晶体管Q13的基极。晶体管Q12的集电极接地，晶体管Q12的发射极与npn晶体管Q15的发射极连接。晶体管Q13的集电极接地，晶体管Q13的发射极与npn晶体管Q16的发射极连接。即，晶体管Q11、Q12、Q13分别构成了集电极接地电路。

晶体管Q14的基极与晶体管Q16的基极共同连接，晶体管Q14的集电极经由作为电流源的微调电路12与电源Vcc连接。晶体管Q15的基极与晶体管Q16的基极共同连接，晶体管Q15的集电极经由作为电流源的微调电路13与电源Vcc连接。晶体管Q16的基极和集电极经由电流源14与电源Vcc连接。

晶体管Q14的集电极与运算放大器15的同相输入端子连接，晶体管Q15的集电极与运算放大器15的反相输入端子连接。晶体管Q14、Q15与晶体管Q16构成了电流反射镜电路，由此，使基极为恒定电位的晶体管Q14、Q15构成了基极接地电路。

由此，端子TC+、TC-之间的电压通过发射极接地的晶体管Q11、Q12，并通过基极接地的晶体管Q14、Q15被提供给运算放大器15，在运算放大器15中通过由电阻R15、R16决定的电压增益（=R16/R15）被放大后从端子16输出。

在本实施方式中因为设置了集电极接地的晶体管Q11、Q12，所以在晶体管Q11、Q12的基极A点、B点流入的电流与以往相比大幅减小。所以，A点的电位与B点的电位的变化与以往相比大幅减小，放大电路的电压增益的变化与以往相比大幅减小（将电压增益大体固定为R16/R15），从端子16输出的温度检测电压的精度提高。

（微调电路的结构）

图2表示微调电路12、13的一个实施方式的电路图。微调电路由以下部件构成：在端子20、21之间串联连接的电阻R20、R21、R22；在电阻R21的两端之间并联连接的熔断器22；在电阻R22两端之间并联连接的熔断器23。在此，当把电阻R20的电阻值设为数百欧姆（Ω）时，把电阻R21的电阻值设为数欧姆（Ω），把电阻R22的电阻值设为电阻R21的电阻值的1/2左右。在电阻R22和电阻R21之间还可以串联连接在两端之间并联连接了熔断器的1个或多个电阻。即，微调电路具有串联连接的N（N为2以上的整数）个电阻和在上述多个电阻中的N-1个电阻各自的两端之间并联连接的熔断器。

在此，在制造当初，熔断器22、23导通，微调电路的电阻值（端子20、21之间）为R20，当通过激光微调将熔断器22或23切断时，微调电路的电阻值成为R20+R21或R20+R22，此外，当通过激光微调将熔断器22和23切断时，微调电路的电阻值成为R20+R21+R22。

在图1的热电偶用放大电路中，因为使用了输入阻抗小的基极接地的晶体管Q14、Q15，所以在混入了噪音电流时上述输入阻抗引起的电压变化减小，能够增大抗噪音性。此外，基极接地的晶体管Q14（或Q15）的电压增益为微调电路12（或13）的电阻值除以晶体管Q14（或15）的发射极电阻值所得到的值。因此，通过使用激光微调来调整微调电路12（或13）的电阻值，能够容易地进行在运算放大器15的同相输入端子、反相输入端子上分别连接的C点与D点之间的偏置调整（例如使偏置为零）。

（热电偶用放大电路的结构）

图3表示使用了本发明的热电偶用放大电路的温度监视系统的一个实施方式的结构框图。在图3中，热电偶用放大电路30a、30b、30c分别是图1所示的电路结构的热电偶用放大电路，放大并输出热电偶31a、31b、31c的检测电压。热电偶31a、31b、31c例如检测放置在烧炉中的三个煤气燃烧器各自的温度。从模拟电路用稳压器32分别向热电偶用放大电路30a、30b、30c供给电源Vcc，把热电偶用放大电路30a、30b、30c分别输出的温度检测信号提供给多路复用器33。

模拟电路用稳压器32向热电偶用放大电路30a、30b、30c以及AD变换器35供给把从端子34供给的电源稳定后的电源Vcc。数字电路用稳压器36与模拟电路用稳压器32同样地向微型计算机37供给把从端子34供给的电源稳定后的电源。如此将模拟电路用稳压器32和数字电路用稳压器36分离的原因在于，尽可能地防止数字电路（微型计算机37）产生的高频噪音混入到热电偶用放大电路30a、30b、30c或AD变换器35中。

微型计算机37向多路复用器33供给选择指示信号，使多路复用器33按照时间序列选择热电偶用放大电路30a、30b、30c输出的温度检测信号，然后提供给AD变换器35。AD变换器35对被提供的温度检测信号进行模拟/数字变换，把得到的数字温度检测信号提供给微型计算机37。微型计算机37通过把3种上述数字温度检测信号与预定的阈值进行比较来判断三个煤气燃烧器是否已经着火或者是否失火，并把其判断结果存储在内置的存储器中，根据该数字温度检测信号，用于针对未图示的三个煤气燃烧器的报警处理等控制处理。

Claims (4)

1.一种对热电偶的两端电压进行放大的热电偶用放大电路，其特征在于，具有：

集电极接地的第一晶体管，其集电极接地，所述热电偶的一端的电压提供给基极然后从发射极输出；

集电极接地的第二晶体管，其集电极接地，所述热电偶的另一端的电压提供给基极然后从发射极输出；

基极接地的第三晶体管，其基极为恒定电位，所述第一晶体管的输出提供给发射极然后从集电极输出；

基极接地的第四晶体管，其基极为恒定电位，所述第二晶体管的输出提供给发射极然后从集电极输出；以及

运算放大器，其对所述第三晶体管的输出与所述第四晶体管的输出进行差动放大。

2.根据权利要求1所述的热电偶用放大电路，其特征在于，

具有：

第一微调电路，其被设置在所述第三晶体管的集电极与电源之间，调整电阻值；以及

第二微调电路，其被设置在所述第四晶体管的集电极与电源之间，调整电阻值。

3.根据权利要求2所述的热电偶用放大电路，其特征在于，

所述第一或第二微调电路具有：

串联连接的N个电阻，N为2以上的整数；以及

在所述多个电阻中的N-1个电阻各自的两端之间并联连接的熔断器。

4.一种温度监视系统，其特征在于，具有：

输出与检测温度对应的两端电压的多个热电偶；

对所述多个热电偶各自的两端电压进行放大的多个权利要求1或2所述的热电偶用放大电路；

多路复用器，其依次选择并输出所述多个热电偶用放大电路输出的温度检测信号；

AD变换器，其使所述多路复用器的输出信号数字化；以及

微型计算机，向其供给所述AD变换器输出的数字温度检测信号。

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