CN1031895A

CN1031895A - 一种线性温度/频率转换电路

Info

Publication number: CN1031895A
Application number: CN 87106255
Authority: CN
Inventors: 秦光侠; 李刚
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 1987-09-09
Filing date: 1987-09-09
Publication date: 1989-03-22

Abstract

本发明是一种线性温度/频率转换电路，它由负温度系数热敏电阻、运算放大器、电阻器、电容器构成一多谐振荡器，其振荡频率与被测温度呈线性关系，所述热敏电阻R_T和电阻R₁(根据需要也可增加运算放大器和电阻器)构成双端网络F，其传递函数为本发明的电路线性度好、结构简单、易于集成化，可广泛应用于各种测温仪器中。

Description

本发明是关于温度测量和控制用的电路，更具体地说，是关于负温度系数热敏电阻测温的线性温度/频率转换电路。

在温度测量和控制方面广泛使用负温度系数热敏电阻。为了使热敏电阻测温电路输出特性线性化，人们采用桥路、恒流源或恒压源驱动电路等转换电路，但这些电路仍不能使其输出特性完全线性化，也有人采用对数放大器来取得热敏电阻测温电路的线性输出，但这种电路十分复杂，调试也不方便。

中国《电子技术应用》杂志（1987年第2期）刊载了一篇题为《一种线性温度/频率转换电路》的文章，该文提出了一种热敏电阻线性输出的电路，该电路包括时基电路组成的延时电路、晶体管模拟开关、RC电路、电压比较器、热敏电阻与运算放大器组成的电压比较信号的给定电路。该电路仍比较复杂，而且线性和灵敏度的调试互相牵连，在实际应用时不够方便。

本发明的目的是提供一种电路简单、成本低廉的负温度系数热敏电阻线性温度/频率转换电路。

本发明的一种电路是：由负温度系数热敏电阻、运算放大器、电阻器和电容器构成一多谐振荡器，其振荡频率与被测温度呈线性关系，所述热敏电阻R_T和电阻R₁构成双端网络F，其传递函数为1- (R₁)/(R_T) ，网络F的输入端接运算放大器A₁的输出端，网络F的输出端接运算放大器A₁的正输入端，电阻R接运算放大器A₁的输出端和负输入端，电容器C接运算放大器A₁的负输入端和地。

本发明的另一种电路是：由负温度系数热敏电阻、运算放大器、电阻器和电容器构成一多谐振荡器，其振荡频率与被测温度呈线性关系，所述热敏电阻R_T、电阻R₁以及运算放大器和电阻构称双端网络F，其传递函数为1- (R₁)/(R_T) ，网络F的输入端接运算放大器A₁的输出端，网络F的输出端接运算放大器A₁的正输入端，电阻R接运算放大器A₁的输出端和负输入端，电容器C接运算放大器A₁的负输入端和地。

下面结合附图对本发明作详细描述。

图1和图2是本发明的两种电路图，示出本发明的两种实施例。在图中，V_o为运算放大器A₁的输出端。

在图1中，电阻R接运算放大器A₁的输出端和负输入端，电容C接在运算放大器A₁的负输入端和地，作为测温元件的热敏电阻R_T和电阻R₁构成双端网络F，网络F的输入端接在运算放大器A₁的输出端，网络F的输出端接在运算放大器A₁的正输入端，双端网络F的传递函数为 (R_T)/(R₁+R_T) ，在R₁＜＜R_T时，上述传递函数可看作为1- (R₁)/(R_T) 。图1中的电路构成了一个多谐振荡器，其振荡频率与被测温度呈线性关系。

在图2中，电阻R接在运算放大器A₁的输出端和负输入端，电容器C接在运算放大器A₁的负输入端和地。作为测温元件的热敏电阻R_T和电阻R₁，以及选择适当的电阻和运算放大器，即可构成双端网络F，使其传递函数为1- (R₁)/(R_T) ，网络F的输入端接运算放大器A₁的输出端，网络F的输出端接运算放大器A₁的在输入端。图2中的电路构成了一个多谐振荡器，其振荡频率与被测温度呈线性关系。

图2中的双端网络F，可根据需要选择适当的电阻和运算放大器，使网络F的传递函数为1- (R₁)/(R_T) 。在本例中，选用了电阻R₁-R₁₀，运算放大器A₂、A₃、A₄。当然，也可选用其他相应的电阻器和运算放大器。

在图2的双端网络F中，热敏电阻R_T的一端接运算放大器A₂的负输入端，另一端接电阻R₃，并一起作为F的输入端，接到运算放大器A₁的输出端，电阻R₃的另一端接运算放大器A₃的负输入端，电阻R₁接运算放大器A₂的负输入端和输出端，电阻R₂接运算放大器A₂的正输入端和地，电阻R₄接运算放大器A₂输出端和运算放大器A₃的负输入端，电阻R₅接运算放大器A₃的负输入端和输出端，电阻R₆接运算放大器A₃的正输入端和地，电阻R₇接运算放大器A₃的输出端和运算放大器A₄的负输入端，电阻R₈接运算放大器A₄的正输入端和地，电阻R₉接运算放大器A₄的负输入端和输出端，电阻R₁₀的一端接运算放大器A₄的输出端，另一端作为网络F的输出端，接在A₁的正输入端上。

根据图1和图2的电路，运算放大器A₁的正输入端电压V₊为：

V₊＝（1- (R₁)/(R_T) ）V_o（1）

若以电路（运算放大器A₁）负向翻转的瞬时作为计时起点，则运算放大器A₁的负输入端的电压V_-为：

V_-＝V^- ₊+（V_o-V^- ₊）〔1-exp（- (t)/(RC) ）〕（2）

由（1）、（2）两式可得图1和图2所示的多谐振荡器的振荡频率为

f = \frac{1}{2RCln(\frac{{2R}_{T}}{R_{1}} -1)}

(3)

因为R_T＞＞R₁，所以（3）可改写为：

f = \frac{1}{2RCln(\frac{{2R}_{T}}{R_{1}})}

(4)

负温度系数热敏电阻器的电阻-温度特性为：

R_T＝R_TOexp（ (B)/(T) - (B)/(T) ）（5）

将（5）式代入（4）得：

f = \frac{1}{{2RC(ln2+lnR}_{T O} - \frac{B}{T_{O}} {- l nR}_{1} + \frac{B}{T})}

(6)

令：

ln2+lnR_To- (B)/(T_O) -lnR₁＝0 （7）

即：

R₁＝2R_Toexp（- (B)/(T_O) ）（8）

则（6）式可改写为：

f＝ (T)/(2BRC) （9）

式（9）表明，图1和图2所示的多谐振荡器的振荡频率与被测温度呈线性关系。

本发明的电路不仅线性度好，而且结构简单，成本低廉，易于集成化。由于本发明的电路把温度的模拟量转换成数字量，因此不仅可以直接读出，还可以很方便地与计算机连接，组成测量控制系统。本发明可广泛地应用于各种测温仪器中。

Claims

1、一种线性温度/频率转换电路，其特征是，由负温度系数热敏电阻、运算放大器、电阻器和电容器构成一多谐振荡器，其振荡频率与被测温度呈线性关系，所述热敏电阻R_T和电阻R₁构成双端网络F，其传递函数为1- (R₁)/(R_T) ，网络F的输入端接运算放大器A₁的输出端，网络F的输出端接运算放大器A₁的正输入端，电阻R接运算放大器A₁的输出端和负输入端，电容器C接运算放大器A₁的负端输入端和地。

2、一种线性温度/频率转换电路，其特征是，由负温度系数热敏电阻、运算放大器、电阻器和电容器构成一多谐振荡器，其振荡频率与被测温度呈线性关系，所述热敏电阻R_T、电阻R₁以及运算放大器和电阻器构成双端网络F，其传递函数为1- (R1)/(RT) ，网络F的输入端接运算放大器A₁的输出端，网络F的输出端接运算放大器A₁的正输入端，电阻R接运算放大器A₁的输出端和负输入端，电容器C接运算放大器A₁的负输入端和地。