CN109580025B - 一种宽范围铂电阻温度采样电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种宽范围铂电阻温度采样电路，包括温度采样电阻、第一限流电阻、内部电源和接地端，该温度采样电路还包括第三三极管和第二三极管，第二三极管的集电极与第一限流电阻和内部电源的连接端相连接、第二三极管的发射极与供电电源相连接且该发射极通过Q2基极上拉电阻与第二三极管的基极相连接、第二三极管的基极与Q2基极上拉电阻的连接端通过Q3集电极负载电阻与第三三极管的集电极相连接，第三三极管的发射极接地且基极通过基极限流电阻与处理器芯片的控制管脚相连接。

Description

一种宽范围铂电阻温度采样电路
技术领域
本发明涉及温度采样电路技术领域，具体地说是一种能够克服分压电阻不匹配导致温度采样电路失效且能够兼容不同温度传感器的宽范围铂电阻温度采样电路。
背景技术
温度采样电路对于工业设备的运转有非常重要的影响，不同的工况下，其对温度采样的精度和采样范围也有不同需求。常见的温度传感器如PT100和PT1000，在不同温度下，铂热电阻的阻值变化存在较大差异，温度变化一度，PT100阻值增减约0.38欧姆，PT1000阻值增减约3.8欧姆。采样电路匹配电阻阻值的选取对温度采样值的精确度有重要影响。温度采样电路对于工业设备的运转有非常重要的影响，不同的工况下，其对温度采样的精度和采样范围也有不同需求。常见的温度传感器如PT100和PT1000，在不同温度下，铂热电阻的阻值变化存在较大差异，温度变化一度，PT100阻值增减约0.38欧姆，PT1000阻值增减约3.8欧姆。采样电路匹配电阻阻值的选取对温度采样值的精确度有重要影响。
同时，在目前的电路设计中，一般采样针对某一型号的温度传感器设计的适配电阻电路，而对于其他型号的温度传感器，往往不能兼容，这在一定程度上限制了工业设备运转中的某些特殊要求。在目前的电路设计中，一般采样针对某一型号的温度传感器设计的适配电阻电路，而对于其他型号的温度传感器，往往不能兼容，这在一定程度上限制了工业设备运转中的某些特殊要求。传统的温度采样电路如附图1所示，采样电阻采集到的温度电信号，经过和并联分压电阻R3、串联分压电阻R4的串并联分压得到AD采样值，而当接入不同型号的温度传感器时，需要更改并联分压电阻R3、串联分压电阻R4的阻值，以得到与温度传感器相匹配的电阻。在实际工业应用中很麻烦。传统的温度采样电路如附图1所示，采样电阻采集到的温度电信号，经过和并联分压电阻R3、串联分压电阻R4的串并联分压得到AD采样值，而当接入不同型号的温度传感器时，需要更改并联分压电阻R3、串联分压电阻R4的阻值，以得到与温度传感器相匹配的电阻。在实际工业应用中很麻烦。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种能够克服分压电阻不匹配导致温度采样电路失效且能够兼容不同温度传感器的宽范围铂电阻温度采样电路。
本发明的目的是通过以下技术方案解决的：
一种宽范围铂电阻温度采样电路，包括温度采样电阻、第一限流电阻、第二限流电阻、并联分压电阻、串联分压电阻、管脚限流电阻、内部电源和接地端，其特征在于：所述的温度采样电路还包括第三三极管和第二三极管，第二三极管的集电极与第一限流电阻和内部电源的连接端相连接、第二三极管的发射极与供电电源相连接且该发射极通过Q2基极上拉电阻与第二三极管的基极相连接、第二三极管的基极与Q2基极上拉电阻的连接端通过Q3集电极负载电阻与第三三极管的集电极相连接，第三三极管的发射极接地且基极通过基极限流电阻与处理器芯片的控制管脚相连接。
所述的基极限流电阻和第三三极管的基极的连接端与第一三极管的基极相连接，使得处理器芯片能够同时向第一三极管和第三三极管发送控制信号；所述第一三极管的集电极通过Q1集电极负载电阻与管脚限流电阻相连接且第一三极管的发射极接地。
所述第一三极管的发射极与接地端的连接端位于串联分压电阻和接地端之间。
所述Q1集电极负载电阻和管脚限流电阻的连接端位于第二限流电阻、并联分压电阻、串联分压电阻三者共用的连接端与管脚限流电阻之间。
该温度采样电路用于对温度传感器PT1000采样时，供电电源的电压为8V。
所述第三三极管的基极上配置有Q3基极下拉电阻，Q3基极下拉电阻与第三三极管的基极的连接端位于基极限流电阻和第三三极管的基极之间且Q3基极下拉电阻接地。
所述第三三极管的发射极接地端点位于Q3基极下拉电阻与接地端之间。
所述的该温度采样电路用于对温度传感器PT100采样时，供电电源的电压为5V。
本发明相比现有技术有如下优点：
本发明的温度采样电路通过第三三极管、第二三极管以及Q2基极上拉电阻、Q3集电极负载电阻、基极限流电阻的设置，以及进一步通过第一三极管、Q1集电极负载电阻设置，使得该温度采样电路在不需要更改已有电阻阻值的情况下，通过控制三极管的通断，将与之串联的电阻并联到电路中，实现匹配电阻阻值的变换；另一方面通过控制三极管的通断能够获得不同的供电电压，在匹配电阻阻值受限的情况下，可以提高温度采样的精度，得到理想的采样值；该温度采样电路能够同时兼容不同型号的温度传感器，实现宽范围、高精度的温度采样，克服分压电阻不匹配导致温度采样电路失效的问题。
附图说明
附图1为传统的典型温度采样电路的电路图；
附图2为本发明的温度采样电路的电路图；
附图3为本发明的温度采样电路用于测试PT100温度传感器时的等效电路图；
附图4为本发明的温度采样电路用于测试PT1000温度传感器时的等效电路图。
其中：Rsample—温度采样电阻；R1—第一限流电阻；R2—第二限流电阻；R3—并联分压电阻；R4—串联分压电阻；R5—Q1集电极负载电阻；R6—Q2基极上拉电阻；R7—Q3集电极负载电阻；R8—基极限流电阻；R9—Q3基极下拉电阻；R10—管脚限流电阻；Q1—第一三极管；Q2—第二三极管；Q3—第三三极管；VB—供电电源；POWER—内部电源。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。
如图2所示：一种宽范围铂电阻温度采样电路，包括温度采样电阻Rsample、第一限流电阻R1、第二限流电阻R2、并联分压电阻R3、串联分压电阻R4、管脚限流电阻R10、内部电源POWER和接地端，其中第一限流电阻R1设置在温度采样电阻Rsample的第一端和内部电源POWER之间、第二限流电阻R2设置在温度采样电阻Rsample的第二端和接地端之间，内部电源POWER和接地端之间依次设有并联分压电阻R3和串联分压电阻R4，并联分压电阻R3设置在第一限流电阻R1和内部电源POWER的连接端与第二限流电阻R2和接地端的连接端之间、且串联分压电阻R4设置在第二限流电阻R2和接地端的连接端与接地端之间，管脚限流电阻R10设置在第二限流电阻R2和接地端的连接端与处理器芯片的连接管脚之间。在此基础上，温度采样电路还包括第三三极管Q3和第二三极管Q2，第二三极管Q2的集电极与第一限流电阻R1和内部电源POWER的连接端相连接、第二三极管Q2的发射极与供电电源VB相连接且该发射极通过Q2基极上拉电阻R6与第二三极管Q2的基极相连接、第二三极管Q2的基极与Q2基极上拉电阻R6的连接端通过Q3集电极负载电阻R7与第三三极管Q3的集电极相连接，第三三极管Q3的发射极接地且基极通过基极限流电阻R8与处理器芯片的控制管脚相连接。上述的温度采样电路能够对各种不同的温度传感器PT1000进行采样，该温度采样电路用于对温度传感器PT1000采样时，供电电源VB的电压为8V。
在上述电路的基础上，通过将基极限流电阻R8和第三三极管Q3的基极的连接端与第一三极管Q1的基极相连接，第一三极管Q1的集电极通过Q1集电极负载电阻R5与管脚限流电阻R10相连接，第一三极管Q1的发射极接地且第一三极管Q1的发射极与接地端的连接端位于串联分压电阻R4和接地端之间，使得处理器芯片能够向第一三极管Q1发送控制信号；另外Q1集电极负载电阻R5和管脚限流电阻R10的连接端位于第二限流电阻R2、并联分压电阻R3、串联分压电阻R4三者共用的连接端与管脚限流电阻R10之间。通过第一三极管Q1和Q1集电极负载电阻R5添加后的温度采样电路，能够同时对各种不同的温度传感器PT100进行采样，亦能够同时对各种不同的温度传感器PT1000进行采样；该温度采样电路用于对温度传感器PT100采样时，供电电源VB的电压为5V。
另外在上述温度采样电路中，为提高性能，还可在第三三极管Q3的基极上配置有Q3基极下拉电阻R9，Q3基极下拉电阻R9与第三三极管Q3的基极的连接端位于基极限流电阻R8和第三三极管Q3的基极之间且Q3基极下拉电阻R9接地，且第三三极管Q3的发射极接地端点位于Q3基极下拉电阻R9与接地端之间。
在上述温度采样电路中，第一三极管Q1和第三三极管Q3采用NPN型三极管、第二三极管Q2采用PNP型三极管。
下面通过具体实施例来来说明本发明所提供的温度采样电路。
实施例一
图3所示为接入PT100温度传感器时的温度采样电路的等效电路图，处理器芯片发出PT100_control控制信号，高电平有效，第一三极管Q1和第三三极管Q3为NPN型三极管，使其工作在饱和区。PT100_control输出高电平时，第一三极管Q1和第三三极管Q3的基极-发射极正偏，两三极管导通，供电电源VB的电压为5V且供电电源VB通过Q2基极上拉电阻R6、Q3集电极负载电阻R7与第三三极管Q3形成回路，Q2基极上拉电阻R6、Q3集电极负载电阻R7皆可看做第三三极管Q3的集电极负载电阻，第三三极管Q3的集电极电流为：
Figure BDA0001955381390000041
式中，Vce_Q3为第三三极管Q3的集电极-发射极饱和导通压降，此时Q2基极上拉电阻R6的两端电压为，
VR6＝ic·R6 (2)
此时，对于PNP型的第二三极管Q2，发射极正偏，三极管导通，
VPOWER＝VVB-Vec_Q2 (3)
式中，Vec_Q2为第二三极管Q2的发射极-集电极饱和导通压降，VVB＝5V，
Figure BDA0001955381390000042
此时通过公式(4)能够计算得到温度采样值VAD_TEMP，具体过程为：首先确定第一限流电阻R1、第二限流电阻R2的阻值，一般取欧姆级，如10欧姆，对于并联分压电阻R3，取千欧级，如取10k；第一限流电阻R1、第二限流电阻R2、串联分压电阻R4主要起保护作用，串联分压电阻R4作为分压电阻，根据温度采样电阻Rsample的阻值变化范围，以及所确定的第一限流电阻R1、第二限流电阻R2算得，以保证分压得到的VAD_TEMP在处理器芯片引脚电压范围内，对于不同型号的温度传感器，其温度采样电阻Rsample阻值范围也有较大差异，对于PT1000型温度传感器，Q1集电极负载电阻R5不参与计算，而对于PT100型温度传感器，根据相同的计算过程，得到串联分压电阻R4与Q1集电极负载电阻R5的并联等效电阻，在已知串联分压电阻R4的情况下，可算得Q1集电极负载电阻R5的阻值。
实施例二
图4所示为接入PT1000温度传感器时的温度采样电路的等效电路图，其原理和PT100类似，PT1000温度传感器的控制信号由处理器芯片发出，第三三极管Q3导通，导通回路电流流过第二三极管Q2基极，第二三极管Q2导通，内部电源POWER端上拉；此时，VVB＝8V，根据公式(1)、(2)、(3)获得VPOWER，
Figure BDA0001955381390000051
此时通过公式(5)能够计算得到温度采样值VAD_TEMP。
本发明的温度采样电路通过第三三极管Q3、第二三极管Q2以及Q2基极上拉电阻R6、Q3集电极负载电阻R7、基极限流电阻R8的设置，以及进一步通过第一三极管Q1、Q1集电极负载电阻R5设置，使得该温度采样电路在不需要更改已有电阻阻值的情况下，通过控制三极管的通断，将与之串联的电阻并联到电路中，实现匹配电阻阻值的变换；另一方面通过控制三极管的通断能够获得不同的供电电压，在匹配电阻阻值受限的情况下，可以提高温度采样的精度，得到理想的采样值；该温度采样电路能够同时兼容不同型号的温度传感器，实现宽范围、高精度的温度采样，克服分压电阻不匹配导致温度采样电路失效的问题。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。

Claims (7)

1.一种宽范围铂电阻温度采样电路，包括温度采样电阻Rsample、第一限流电阻R1、第二限流电阻R2、并联分压电阻R3、串联分压电阻R4、管脚限流电阻R10、内部电源POWER和接地端，其特征在于：所述的温度采样电路还包括第三三极管Q3和第二三极管Q2，第二三极管Q2的集电极与第一限流电阻R1、并联分压电阻R3和内部电源POWER的连接端相连接、第二三极管Q2的发射极与供电电源VB相连接且该发射极通过Q2基极上拉电阻R6与第二三极管Q2的基极相连接、第二三极管Q2的基极与Q2基极上拉电阻R6的连接端通过Q3集电极负载电阻R7与第三三极管Q3的集电极相连接，第三三极管Q3的发射极接地且基极通过基极限流电阻R8与处理器芯片的控制管脚相连接；所述的基极限流电阻R8和第三三极管Q3的基极的连接端与第一三极管Q1的基极相连接，使得处理器芯片能够同时向第一三极管Q1和第三三极管Q3发送控制信号；所述第一三极管Q1的集电极通过Q1集电极负载电阻R5与管脚限流电阻R10相连接且第一三极管Q1的发射极接地。
2.根据权利要求1所述的宽范围铂电阻温度采样电路，其特征在于：所述第一三极管Q1的发射极与接地端的连接端位于串联分压电阻R4和接地端之间。
3.根据权利要求1或2所述的宽范围铂电阻温度采样电路，其特征在于：所述Q1集电极负载电阻R5和管脚限流电阻R10的连接端位于第二限流电阻R2、并联分压电阻R3、串联分压电阻R4三者共用的连接端与管脚限流电阻R10之间。
4.根据权利要求1所述的宽范围铂电阻温度采样电路，其特征在于：该温度采样电路用于对温度传感器PT1000采样时，供电电源VB的电压为8V。
5.根据权利要求1所述的宽范围铂电阻温度采样电路，其特征在于：所述第三三极管Q3的基极上配置有Q3基极下拉电阻R9，Q3基极下拉电阻R9与第三三极管Q3的基极的连接端位于基极限流电阻R8和第三三极管Q3的基极之间且Q3基极下拉电阻R9接地。
6.根据权利要求5所述的宽范围铂电阻温度采样电路，其特征在于：所述第三三极管Q3的发射极接地端点位于Q3基极下拉电阻R9与接地端之间。
7.根据权利要求1所述的宽范围铂电阻温度采样电路，其特征在于：所述的该温度采样电路用于对温度传感器PT100采样时，供电电源VB的电压为5V。
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