CN105973497A - 一种新型温度传感器处理电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型温度传感器处理电路，包括由电阻R1～R4、运算放大器N1A、精密基准电压源N2连接成1mA的恒流源，给四线制铂电阻式温度传感器Pt供电；温度传感器Pt的输出端连接到由电容C1～C4、电阻R5～R8、运算放大器N1D组成的前置差分放大器；由电阻R9、可调电位器R10、电阻R11～R16、运算放大器N1B组成的差分放大调零电路；由可调电位器R17、电阻R18～R20、运算放大器N1C组成的同相比例放大器；由电阻R21、电压调整二极管V1、运算放大器N3组成的限幅放大器。采用差分放大器进行信号放大处理，可以有效消除温度传感器因引线太长而附加电阻影响测量精度问题，提高了测量精度。

Description

一种新型温度传感器处理电路
技术领域
本发明属于电子电路设计技术，涉及基于温度信号调理技术，特别涉及四线制铂电阻式温度传感器信号处理电路。
背景技术
温度测量在工业领域应用十分广泛，如何准确测量温度参数，除了选用高性能的温度传感器外，其关键还在于温度信号处理电路的设计。传统的温度信号处理电路是由单个运算放大器组成的同相或反相放大器，这种类型的放大器不能消除温度传感器引出线所附加的电阻。由于铂电阻式温度传感器每敏感到1℃温度变化时，对应的电阻值变化量仅为0.38Ω，因而引出线附加电阻的存在对测量结果的影响较大。同时，为了使得经过处理后的温度信号能够适应后续CPU芯片采取电平要求，并保证在温度传感器开路或短路时，信号处理电路的输出不会超出CPU芯片A/D采样电压最大值。为此，必须设计能够有效消除温度传感器引出线附加电阻的信号处理电路，并对输出信号幅值进行一定的限制。
发明内容
本发明的目的是：针对现有温度信号处理电路存在的种种问题，本发明提出一种满足四线制铂电阻式温度传感器的温度信号处理电路。
本发明采取的技术方案是：一种新型温度传感器处理电路，包括由电阻R1～R4、运算放大器N1A、精密基准电压源N2连接成1mA的恒流源，给四线制铂电阻式温度传感器Pt供电；温度传感器Pt的输出端连接到由电容C1～C4、电阻R5～R8、运算放大器N1D组成的前置差分放大器；由电阻R9、可调电位器R10、电阻R11～R16、运算放大器N1B组成的差分放大调零电路；由可调电位器R17、电阻R18～R20、运算放大器N1C组成的同相比例放大器；由电阻R21、电压调整二极管V1、运算放大器N3组成的限幅放大器。
上述恒流源、前置差分放大器、差分放大调零电路、同相比例放大器、限幅放大器的连接关系为：运算放大器N1A的输入正端通过电阻R2与精密基准电压源N2的负极相连，运算放大器N1A的输入负端通过电阻R3与精密基准电压源N2的正极、温度传感器Pt的供电正端相连，运算放大器N1A的输出端通过电阻R1与精密基准电压源N2的负极相连，运算放大器N1A的输出端与输入负端之间跨接电阻R4；
温度传感器Pt的供电负端连接至地线，温度传感器Pt的输出正端通过电阻R7与运算放大器N1D输入正端相连，温度传感器Pt的输出正端与电阻R7之间通过并联电容C3、电容C4接地，且电容C3负极接地，电阻R7与运算放大器N1D输入正端之间通过电阻R8接地，温度传感器Pt的输出负端通过电阻R6与运算放大器N1D输入负端相连，温度传感器Pt的输出负端与电阻R6之间通过并联电容C1、电容C2接地，且电容C1负极接地；
运算放大器N1D的输出端与输入负端之间跨接电阻R5；
运算放大器N1B输入正端通过电阻R15与运算放大器N1D的输出端相连，且在电阻R15与运算放大器N1B之间通过电阻R16接地，运算放大器N1B输入负端通过电阻R14连接至一个分压器的取样点，在分压器中，上分压电阻为R9，且电阻R9另一端接至+5V基准电压VrefA，下分压电阻由R12与可调电位器R10并联后再与电阻R11串联后形成，且电阻R11的一端接地，在运算放大器N1B的输入负端与输出端之间跨接电阻R13，运算放大器N1B的输出端通过电阻R18连接到运算放大器N1C的输入正端；
运算放大器N1C的输入负端通过电阻R19与可调电位器R17串联后接地，在运算放大器N1C的输入负端与输出端之间跨接电阻R20，运算放大器N1C的输出端通过电阻R21与运算放大器N3A的输入正端相连；
运算放大器N3A的输入负端与输出端相连，运算放大器N3A的输出端通过电压调整二极管V1接地，且电压调整二极管V1正极接地，运算放大器N3的电源正端与+5V相连，运算放大器N3A的电源负端接地。
本发明的优点是：采用差分放大器进行信号放大处理，可以有效消除温度传感器因引线太长而附加电阻影响测量精度问题，提高了测量精度。
附图说明
图1是本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步详细描述。
(1)运算放大器N1A的输入正端通过电阻R2与精密基准电压源N2的负极相连，运算放大器N1A的输入负端通过电阻R3与精密基准电压源N2的正极、温度传感器Pt的供电正端相连，运算放大器N1A的输出端通过电阻R1与精密基准电压源N2的负极相连，运算放大器N1A的输出端与输入负端之间跨接电阻R4；
(2)温度传感器Pt的供电负端连接至地线，温度传感器Pt的输出正端通过电阻R7与运算放大器N1D输入正端相连，温度传感器Pt的输出正端与电阻R7之间通过并联电容C3、电容C4接地，且电容C3负极接地，电阻R7与运算放大器N1D输入正端之间通过电阻R8接地，温度传感器Pt的输出负端通过电阻R6与运算放大器N1D输入负端相连，温度传感器Pt的输出负端与电阻R6之间通过并联电容C1、电容C2接地，且电容C1负极接地；
(3)运算放大器N1D的输出端与输入负端之间跨接电阻R5；
(4)运算放大器N1B输入正端通过电阻R15与运算放大器N1D的输出端相连，且在电阻R15与运算放大器N1B之间通过电阻R16接地，运算放大器N1B输入负端通过电阻R14连接至一个分压器的取样点，在分压器中，上分压电阻为R9，且电阻R9另一端接至+5V基准电压VrefA，下分压电阻由R12与可调电位器R10并联后再与电阻R11串联后形成，且电阻R11的一端接地，在运算放大器N1B的输入负端与输出端之间跨接电阻R13，运算放大器N1B的输出端通过电阻R18连接到运算放大器N1C的输入正端；
(5)运算放大器N1C的输入负端通过电阻R19与可调电位器R17串联后接地，在运算放大器N1C的输入负端与输出端之间跨接电阻R20，运算放大器N1C的输出端通过电阻R21与运算放大器N3A的输入正端相连；
(6)运算放大器N3A的输入负端与输出端相连，运算放大器N3A的输出端通过电压调整二极管V1接地，且电压调整二极管V1正极接地，运算放大器N3的电源正端与+5V相连，运算放大器N3A的电源负端接地。
信号处理电路采用四级进行信号处理。第一级是前置差分放大器，首先对温度传感器输出的小信号进行预放大；第二极为专用调零电路，对温度传感器的输出信号进行调零处理；第三极为幅度调整放大电路，用于将温度传感器输出的信号放大调节到所需范围；第四极为限幅放大器，用于对传感器开路和断路时，前端信号处理电路的输出信号进行限幅，保证后续DSP芯片进行正常A/D采样，并对DSP芯片进行保护。由于信号处理电路中的调零环节和输出信号幅度调整环节为两个独立的电路，所以在实际中，电路调试十分方便。
本实施通过调整电路中的可调电位器R10，可调节信号电路的信号输出零信号值。调整可调电位器R17，可调节温度传感器满量程输出信号幅值，以便满足后续DSP处理芯片进行A/D采样要求。
实施例1：元件的选型参数如下表1：
表1 元件选型参数
序号 代号 元件名称 元件规格 数量
1 N1 运算放大器 FXOP11A 1
2 N2 基准电压源 ER136-5 1
3 N3 运算放大器 F124 1
4 V2 电压调整二级管 1N5226 1
5 R1、R19 电阻 4.3K 2
6 R2、R5、R8 电阻 50K 3
7 R3、R4 电阻 100K 2
8 R6、R7 电阻 10K 2
9 R9 电阻 8.2K 1
10 R10 可调电位器 100Ω 1
11 R11 电阻 820Ω 1
12 R12 电阻 100Ω 1
13 R13、R14、R15、R16 电阻 43K 4
14 R17 可调电位器 2K 1
15 R18 电阻 5K 1
16 R20 电阻 47K 1
17 R21 电阻 10K 1
18 C1、C3 固体钽电容器 47u 2
19 C2、C4 1类瓷介电容 0.1μ 2
恒流源输出1mA的电流I0给温度传感器供电；
温度传感器两端取样电压为：V1＝I0×Rt；
前置差分放大器输出电压为：V2＝R5/R6×V1；
差分调零放大器输出电压为：V3＝R16/R15×(V2-V0)，其中V0为调零电压；
同相比例放大器输出电压为：V4＝[1+R20/(R19+R17)]×V3；
电压跟随器输出电压：V5＝V4。
技术效果：本发明采用差分放大器进行信号放大处理，可以有效消除温度传感器因引线太长而附加电阻影响测量精度问题，提高了测量精度。在电路末端设计的限幅放大器可以使得温度传感器出现开路、断路损坏时，信号处理电路输出的信号幅值不会超出3.3V电压范围，保证了后续DSP芯片的A/D采样通道的正常采样，也能对DSP起到保护作用。

Claims (2)

1.一种新型温度传感器处理电路，其特征在于：包括由电阻R1～R4、运算放大器N1A、精密基准电压源N2连接成1mA的恒流源，给四线制铂电阻式温度传感器Pt供电；温度传感器Pt的输出端连接到由电容C1～C4、电阻R5～R8、运算放大器N1D组成的前置差分放大器；由电阻R9、可调电位器R10、电阻R11～R16、运算放大器N1B组成的差分放大调零电路；由可调电位器R17、电阻R18～R20、运算放大器N1C组成的同相比例放大器；由电阻R21、电压调整二极管V1、运算放大器N3组成的限幅放大器。
2.根据权利要求1所述的新型温度传感器处理电路，其特征在于：恒流源、前置差分放大器、差分放大调零电路、同相比例放大器、限幅放大器的连接关系为：运算放大器N1A的输入正端通过电阻R2与精密基准电压源N2的负极相连，运算放大器N1A的输入负端通过电阻R3与精密基准电压源N2的正极、温度传感器Pt的供电正端相连，运算放大器N1A的输出端通过电阻R1与精密基准电压源N2的负极相连，运算放大器N1A的输出端与输入负端之间跨接电阻R4；
温度传感器Pt的供电负端连接至地线，温度传感器Pt的输出正端通过电阻R7与运算放大器N1D输入正端相连，温度传感器Pt的输出正端与电阻R7之间通过并联电容C3、电容C4接地，且电容C3负极接地，电阻R7与运算放大器N1D输入正端之间通过电阻R8接地，温度传感器Pt的输出负端通过电阻R6与运算放大器N1D输入负端相连，温度传感器Pt的输出负端与电阻R6之间通过并联电容C1、电容C2接地，且电容C1负极接地；
运算放大器N1D的输出端与输入负端之间跨接电阻R5；
运算放大器N1B输入正端通过电阻R15与运算放大器N1D的输出端相连，且在电阻R15与运算放大器N1B之间通过电阻R16接地，运算放大器N1B输入负端通过电阻R14连接至一个分压器的取样点，在分压器中，上分压电阻为R9，且电阻R9另一端接至+5V基准电压VrefA，下分压电阻由R12与可调电位器R10并联后再与电阻R11串联后形成，且电阻R11的一端接地，在运算放大器N1B的输入负端与输出端之间跨接电阻R13，运算放大器N1B的输出端通过电阻R18连接到运算放大器N1C的输入正端；
运算放大器N1C的输入负端通过电阻R19与可调电位器R17串联后接地，在运算放大器N1C的输入负端与输出端之间跨接电阻R20，运算放大器N1C的输出端通过电阻R21与运算放大器N3A的输入正端相连；
运算放大器N3A的输入负端与输出端相连，运算放大器N3A的输出端通过电压调整二极管V1接地，且电压调整二极管V1正极接地，运算放大器N3的电源正端与+5V相连，运算放大器N3A的电源负端接地。
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