CN109100041B - 测温电路、加热膜、湿化器及通气治疗设备 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种测温电路、加热膜、湿化器及通气治疗设备，属于测温电路技术领域，解决了现有技术中测温电路输出信号非线性准确度低的问题。所述测温电路包括：相互连接的热敏电阻、振荡模块和电压调整模块，其中，所述电压调整模块用于调整所述热敏电阻两端的电压；所述振荡模块用于输出与所述热敏电阻两端的电压相关的振荡方波。本发明实施例适用于利用热敏电阻测温的过程。

Description

测温电路、加热膜、湿化器及通气治疗设备
技术领域
本发明涉及测温电路技术领域，具体地涉及一种测温电路、加热膜、湿化器及通气治疗设备。
背景技术
温度是在医疗设备等领域中非常重要的一个物理量，一般在电路采集这一物理量时，通过采集有关温度传感器的模拟或数字等电信号，然后经过计算获取这一物理量的具体值。
现有技术中所采用的频率/周期测温法中，由于电阻的阻值与基于谐波振荡电路设计的电路输出的方波的频率/周期成线性关系，但是NTC热敏电阻的阻值与温度成指数关系，进而NTC热敏电阻的温度与输出方波的频率/周期成指数关系，即输出信号为非线性，得到的温度值准确度低。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种测温电路、加热膜、湿化器及通气治疗设备，解决了现有技术中测温电路输出信号非线性准确度低的问题，实现了输出信号线性度好，精确度高。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种测温电路，所述测温电路包括：相互连接的热敏电阻、振荡模块和电压调整模块，其中，所述电压调整模块用于调整所述热敏电阻两端的电压；所述振荡模块用于输出与所述热敏电阻两端的电压相关的振荡方波。
进一步地，通过所述电压调整模块对所述热敏电阻两端的电压的调整，控制所述振荡方波的振荡周期与所述热敏电阻的阻值呈对数关系，以便所述振荡方波的振荡周期与所述热敏电阻的温度呈线性关系。
进一步地，所述振荡模块包括相互连接的充放电回路和比较器，其中，所述充放电回路用于向所述比较器的反向输入端提供输入电压，并接受所述比较器的输出端的输出电压的充电；所述比较器用于根据所述充放电回路提供的反向输入端的输入电压与其正向输入端的输入电压的比较结果输出所述振荡方波。
进一步地，所述振荡模块还包括分别与所述比较器连接的分压模块和稳压模块，其中，所述分压模块用于调整所述热敏电阻两端的电压的分压，并向所述比较器的正向输入端提供输入电压；所述稳压模块用于根据所述比较器的比较结果控制所述振荡方波的输出峰值为预设稳压值。
进一步地，所述稳压模块包括第一稳压管、第二稳压管和稳压电阻，所述第一稳压管用于当所述比较器的比较结果为高电平时，控制所述振荡方波的输出峰值为所述第一稳压管的预设稳压值；所述第二稳压管用于当所述比较器的比较结果为低电平时，控制所述振荡方波的输出峰值为所述第二稳压管的预设稳压值；所述稳压电阻用于缓冲所述振荡方波的波动。
进一步地，所述电压调整模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和运算放大器，其中，所述第一电阻连接在所述运算放大器的输出端与正向输入端之间，所述第二电阻连接在所述运算放大器的输出端与反向输入端之间，所述第三电阻连接在所述运算放大器的正向输入端与地之间，所述运算放大器用于调整流过所述热敏电阻的电流，以便调整所述比较器的正向输入端的输入电压。
进一步地，所述比较器和运算放大器均为双电源供电运算放大器。
相应的，本发明实施例还提供一种加热膜，所述加热膜包括如上所述的测温电路。
相应的，本发明实施例还提供一种湿化器，所述湿化器包括如上所述的加热膜。
相应的，本发明实施例还提供一种通气治疗设备，所述通气治疗设备包括如上所述的湿化器。
通过上述技术方案，利用振荡模块输出与热敏电阻两端的电压相关的振荡方波，并通过电压调整模块对所述热敏电阻两端的电压的调整，控制所述振荡方波的振荡周期与所述热敏电阻的阻值呈对数关系，另外由于所述热敏电阻的阻值与温度呈指数关系，从而使得所述振荡方波的振荡周期与所述热敏电阻的温度呈线性关系。本发明实施例解决了现有技术中测温电路输出信号非线性准确度低的问题，实现了输出信号线性度好，精确度高。另外，本发明实施例在强电驱动湿化器时，通过将温度信号转换为频率信号，解决了湿化器中测量加热膜的测温电路的电气隔离问题，提高了用户使用包含有该湿化器的通气治疗设备时的安全性。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1是本发明实施例提供的一种测温电路的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的另一种测温电路的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的又一种测温电路的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的再一种测温电路的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的再又一种测温电路的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的一种测温电路的电路示意图；
图7是本发明实施例提供的振荡方波的振荡发生过程的示意图表；
图8是本发明实施例提供的振荡方波的周期与温度的折线图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
图1是本发明实施例提供的一种测温电路的结构示意图。如图1所示，所述测温电路包括相互连接的热敏电阻11、振荡模块12和电压调整模块13，其中，所述电压调整模块13用于调整所述热敏电阻11两端的电压；所述振荡模块12用于输出与所述热敏电阻11两端的电压相关的振荡方波，其中，通过所述电压调整模块对所述热敏电阻两端的电压的调整，控制所述振荡方波的振荡周期与所述热敏电阻的阻值呈对数关系，以便所述振荡方波的振荡周期与所述热敏电阻的温度呈线性关系。
其中，由于所述热敏电阻的阻值与温度呈指数关系，通过本发明实施例，利用所述电压调整模块对所述热敏电阻两端的电压的调整，使得振荡模块输出的与所述热敏电阻两端的电压相关的振荡方波的振荡周期与所述热敏电阻的阻值呈对数关系，从而所述振荡方波的振荡周期与所述热敏电阻的温度呈线性关系。本发明实施例解决了现有技术中测温电路输出信号非线性准确度低的问题，实现了输出信号线性度好，精确度高。
其中，如图2所示，所述振荡模块12包括相互连接的充放电回路21和比较器22，所述充放电回路21用于向所述比较器22的反向输入端提供输入电压，并接受所述比较器的输出端的输出电压的充电；所述比较器22用于根据所述充放电回路21提供的反向输入端的输入电压与其正向输入端的输入电压的比较结果输出所述振荡方波。
另外，如图3所示，所述振荡模块12还包括分别与所述比较器22连接的分压模块31和稳压模块32，其中，所述分压模块31用于调整所述热敏电阻两端的电压的分压，并向所述比较器的正向输入端提供输入电压；所述稳压模块32用于根据所述比较器的比较结果控制所述振荡方波的输出峰值为预设稳压值。
其中，如图4所示，所述稳压模块32包括第一稳压管41、第二稳压管42和稳压电阻43，所述第一稳压管41用于当所述比较器的比较结果为高电平时，控制所述振荡方波的输出峰值为所述第一稳压管的预设稳压值；所述第二稳压管42用于当所述比较器的比较结果为低电平时，控制所述振荡方波的输出峰值为所述第二稳压管的预设稳压值；所述稳压电阻43用于缓冲所述振荡方波的波动，使得所述振荡方波的输出峰值稳定在一固定电压值。
另外，如图5所示，所述电压调整模块13包括第一电阻51、第二电阻52、第三电阻53和运算放大器54，其中，所述第一电阻51连接在所述运算放大器54的输出端与正向输入端之间，所述第二电阻52连接在所述运算放大器54的输出端与反向输入端之间，所述第三电阻53连接在所述运算放大器54的正向输入端与地之间，所述运算放大器54用于调整流过所述热敏电阻的电流，以便调整所述比较器的正向输入端的输入电压。
另外，所述比较器和运算放大器均可以为双电源供电运算放大器。
作为本发明实施例的一种实施方式，如图6所示，提供了一种测温电路的电路示意图。其中，热敏电阻为R2，振荡模块包括充放电回路中的C1和R3，分压模块中的R1，稳压模块中的R4、C2、D1和D2，以及比较器U1，电压调整模块包括R5、R6、R7和运算放大器U2。
其中，稳压管D1和D2的预设稳压值均为Vz，Vout为所述测温电路的输出电压。当比较器U1的正向输入端的输入电压U1+与反向输入端的输入电压U1-的关系为U1+＞U1-时，所述测温电路的输出电压Vout等于稳压管D1的预设稳压值Vz。而当U1+＜U1-时，Vout＝-Vz。
另外，运算放大器U2的输出端电压为U2out。其中，运算放大器U2的两个输入端的输入电压分别为U2+和U2-，当运算放大器的两个输入端看做虚短时，U2+＝U2-，看做虚断时，
Figure BDA0001818193750000061
另外，如图6所示，振荡方波的发生与比较器U1有关，所以需要分析比较器U1的输入端电压。当R5＝R6且
Figure BDA0001818193750000062
时，可得：
Figure BDA0001818193750000063
Figure BDA0001818193750000064
其中，电容C1上的初始电压为U0，Vout是给电容C1进行充放电的电源，时间常数τ＝R3·C1。
对于振荡发生的过程，在初始点比较器U1的输出不稳定，假定其输出为高电平，即Vout＝Vz，使得
Figure BDA0001818193750000065
电容C1上的初始电压为0，Vz对电容C1充电，直到U1-稍大于
Figure BDA0001818193750000066
比较器U1翻转，输出为低电平，即Vout＝-Vz，从而使得
Figure BDA0001818193750000067
电容C1上的初始电压为
Figure BDA0001818193750000068
电容C1对Vout放电，直到U1-稍小于
Figure BDA0001818193750000069
比较器U1翻转，Vout＝Vz，使得
Figure BDA0001818193750000071
电容C1上的初始电压为
Figure BDA0001818193750000072
Vz对电容C1充电，直到U1-稍大于
Figure BDA0001818193750000073
比较器U1翻转……如此往复，输出振荡方波，具体过程可参见图7。
其中，热敏电阻的阻值R2与温度T成指数关系如下式(3)，其中T为环境温度(℃)，T0为绝对温度，T0＝298K，R0是T等于T0时热敏电阻的阻值，B是关于热敏电阻的一个常数。
Figure BDA0001818193750000074
根据图7所示，计算从翻转点1到翻转点2的放电周期(半个方波周期)：
Figure BDA0001818193750000075
求解可得：
Figure BDA0001818193750000076
翻转点2到翻转点3的充电周期与放电周期相等，所以最终的输出振荡方波为从翻转点1到翻转点3的一个完整周期：
Figure BDA0001818193750000077
其中的R2是热敏电阻，将公式(3)代入上述公式(6)可得：
Figure BDA0001818193750000078
因为
Figure BDA0001818193750000081
变化范围较小，可以将公式(7)化简得到：
Figure BDA0001818193750000082
最终得出：
Figure BDA0001818193750000083
其中k为常数，
Figure BDA0001818193750000084
通过公式(9)可以得到T与t呈线性关系。
在本发明实施例中，当设定R0＝220k，B＝4100，R1＝12k，R3＝1000k，R4＝0.51k，R5＝1k，R6＝1k，R7＝6k，C1＝10nF，C2＝10pF，D1、D2的型号为D1N4732时，进行电路仿真后，得到如图8所示的振荡方波的周期与温度的折线图。在图8中可以看出，在不同温度下测温电路输出的振荡方波的周期与温度呈线性关系。
通过本发明实施例可以得到电路输出的振荡方波的周期与热敏电阻的温度呈线性关系，温度越高，振荡方波周期越小，刷新速度更快，可以在高温报警时更快地做出相应的处理。
相应的，本发明实施例还提供一种加热膜，该加热膜包括如上所述的测温电路。
相应的，本发明实施例还提供一种湿化器，所述湿化器包括如上所述的加热膜。
相应的，本发明实施例还提供一种通气治疗设备，所述通气治疗设备包括如上所述的湿化器。
其中，本发明实施例中利用上述测温电路测量加热膜的温度，相较于现有技术，例如利用红外线技术测量温度而言，测量电路在测量加热膜的面状温度比红外线测量点状温度更加精确，且不易受环境或使用者使用情况的影响。
另外，对于包含该加热膜的湿化器用于产生饱和湿度，用开关电源供电则对电源功率要求很高，而用工频强电直接驱动就不需要大功率医用开关电源了。在本发明实施例中利用工频强电直接驱动湿化器时，由于是强电驱动，对于电气隔离问题尤其重要，需要满足加强绝缘要求。在本发明实施例中，通过将温度信号变成频率信号，然后利用现有技术中常见的隔离器件，例如光耦，即可实现电气隔离，保证了使用者在使用包含该湿化器的通气治疗设备的安全性。
另外，可扩展的，本发明实施例中的测温电路还可应用于强电直接驱动的铝基板大功率湿化加热板。
以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。
本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (8)

1.一种测温电路，其特征在于，所述测温电路包括：
相互连接的热敏电阻、振荡模块和电压调整模块，
其中，所述电压调整模块用于调整所述热敏电阻两端的电压；
所述振荡模块用于输出与所述热敏电阻两端的电压相关的振荡方波；
其中，所述振荡模块包括相互连接的充放电回路和比较器，以及与所述比较器连接的稳压模块，
其中，所述充放电回路用于向所述比较器的反向输入端提供输入电压，并接受所述比较器的输出端的输出电压的充电；
所述比较器用于根据所述充放电回路提供的反向输入端的输入电压与其正向输入端的输入电压的比较结果输出所述振荡方波；
所述稳压模块用于根据所述比较器的比较结果控制所述振荡方波的输出峰值为预设稳压值，
其中，所述稳压模块包括第一稳压管、第二稳压管和稳压电阻，
所述第一稳压管用于当所述比较器的比较结果为高电平时，控制所述振荡方波的输出峰值为所述第一稳压管的预设稳压值；
所述第二稳压管用于当所述比较器的比较结果为低电平时，控制所述振荡方波的输出峰值为所述第二稳压管的预设稳压值；
所述稳压电阻用于缓冲所述振荡方波的波动。
2.根据权利要求1所述的测温电路，其特征在于，通过所述电压调整模块对所述热敏电阻两端的电压的调整，控制所述振荡方波的振荡周期与所述热敏电阻的阻值呈对数关系，以便所述振荡方波的振荡周期与所述热敏电阻的温度呈线性关系。
3.根据权利要求1所述的测温电路，其特征在于，所述振荡模块还包括与所述比较器连接的分压模块，
其中，所述分压模块用于调整所述热敏电阻两端的电压的分压，并向所述比较器的正向输入端提供输入电压。
4.根据权利要求1所述的测温电路，其特征在于，所述电压调整模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和运算放大器，
其中，所述第一电阻连接在所述运算放大器的输出端与正向输入端之间，所述第二电阻连接在所述运算放大器的输出端与反向输入端之间，所述第三电阻连接在所述运算放大器的正向输入端与地之间，
所述运算放大器用于调整流过所述热敏电阻的电流，以便调整所述比较器的正向输入端的输入电压。
5.根据权利要求4所述的测温电路，其特征在于，所述比较器和运算放大器均为双电源供电运算放大器。
6.一种加热膜，其特征在于，所述加热膜包括如权利要求1-5任一项所述的测温电路。
7.一种湿化器，其特征在于，所述湿化器包括如权利要求6所述的加热膜。
8.一种通气治疗设备，其特征在于，所述通气治疗设备包括如权利要求7所述的湿化器。
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