CN114061782A - 一种用于电流型和热敏电阻型的温度传感器转换的电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种用于电流型和热敏电阻型的温度传感器转换的电路，包括：可变偏置单元，用于根据控制指令向温度传感器输出偏置电压；信号调理单元，用于接收所述温度传感器的输出信号，并将所述输出信号转换为电压信号；信号转换单元，用于将所述电压信号转换为数字信号；数据存储单元，用于对应传感器检测数据的转换参数；控制端，用于输出所述控制指令，接收所述数字信号进行传感器类型识别，或，读取对应传感器类型的所述转换参数将所述数字信号转换为真实检测值；本发明可自动识别电流型和热敏电阻型温度传感器进行自适应温度检测。

Description

一种用于电流型和热敏电阻型的温度传感器转换的电路
技术领域
本发明涉及传感器应用领域，尤其涉及一种用于电流型和热敏电阻型的温度传感器转换的电路。
背景技术
温度传感器常用于将温度信息转换为电学信号等，通常可分为热电偶型、电阻型、热敏电阻型、集成电流型、集成电压型等多种。在各类产品或器件的高温老化试验时，需要检测被老化器件的管壳温度，而根据老化的器件类别和试验温度范围的不同通常需要采用多种传感器分别进行检测以实现准确测量管壳温度：对于高压大功率类别器件，一般检测温度范围在50℃至110℃，常采用热敏电阻进行温度检测以避免高压、大电流等对温度测量的干扰；对于通用器件或高可靠器件，一般检测温度范围在70℃至140℃，通常采用集成电流型传感器以提高温度检测范围和抗干扰的能力。热敏电阻传感器和集成电流型传感器属于不同的电学信号输出，设计温度转换电路时需要分别设计两类接口转换电路进行传感器适配，电路复杂，维护困难，操作使用要求较高。
发明内容
鉴于以上现有技术存在的问题，本发明提出一种用于电流型和热敏电阻型的温度传感器转换的电路，主要解决现有电路难以同时适配不同类型温度传感器，电路设计及操作复杂的问题。
为了实现上述目的及其他目的，本发明采用的技术方案如下。
一种用于电流型和热敏电阻型的温度传感器转换的电路，包括：
可变偏置单元，用于根据控制指令向温度传感器输出偏置电压；
信号调理单元，用于接收所述温度传感器的输出信号，并将所述输出信号转换为电压信号；
信号转换单元，用于将所述电压信号转换为数字信号；
数据存储单元，用于对应传感器检测数据的转换参数；
控制端，用于输出所述控制指令，接收所述数字信号进行传感器类型识别，或，读取对应传感器类型的所述转换参数将所述数字信号转换为真实检测值。
可选地，所述可变偏置单元采用数模转换器完成、或由数字电位器调节的同相比例放大器构成、或数字电位器控制的可调三端稳压器构成、或采用程控的可编程开关切换不同电压的电源产生。
可选地，所述可变偏执单元与滤波电路或缓冲电路连接，通过所述滤波电路对所述偏置电压进行滤波处理或通过所述缓冲电路抑制开关损耗，为连接的温度传感器提供测量偏置。
可选地，所述信号调理单元包括并联连接在所述信号转换单元与所述温度传感器连接线上的电容和电阻，通过所述电容和电阻对所述温度传感器的输出信号进行滤波，并将所述输出信号转换为所述电压信号。
可选地，所述电阻包括：数字电位器或由程控的多切一电阻网络构成阻值可切换的结构。
可选地，所述电容包括有源滤波器。
可选地，所述信号转换单元包括模数转换器。
可选地，所述数据存储单元包括电可擦可编程只读存储器。
可选地，所述控制端与所述可变偏置单元之间通过通信总线进行所述控制指令传输。
可选地，所述控制端进行传感器类型识别的方式包括：
所述控制端通过控制指令设置所述可变偏置单元的第一偏置电压，并读取所述信号转换单元反馈的第一转换结果；判断所述第一转换结果是否小于预设的第一阈值，若所述第一转换结果小于所述第一阈值，则未接入传感器；若所述第一转换结果大于所述第一阈值，则已接入传感器；
所述控制端通过控制指令设置所述可变偏置单元的第二偏置电压，并读取所述信号转换单元反馈的第二转换结果；判断所述第二转换结果与所述第一转换结果的差值是否小于预设的第二阈值，若所述差值小于所述第二阈值，则接入的传感器为电流型传感器；若所述差值大于所述第二阈值，则接入的所述传感器为热敏电阻型传感器。
如上所述，本发明一种用于电流型和热敏电阻型的温度传感器转换的电路，具有以下有益效果。
提供一种接口简单，使用方便可靠，能够同时适用电流型和热敏电阻型的温度传感器并能够自动识别切换的电路，可广泛应用在各种混合温度传感器使用的环境。
附图说明
图1为本发明一实施例中用于电流型和热敏电阻型的温度传感器转换的电路的结构示意图。
图2为本发明一实施例中用于电流型和热敏电阻型的温度传感器转换的电路的原理图。
图3为本发明一实施例中控制端识别传感器类型的流程示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明提供一种用于电流型和热敏电阻型的温度传感器转换的电路，包括：
可变偏置单元，用于根据控制指令向温度传感器输出偏置电压；
信号调理单元，用于接收所述温度传感器的输出信号，并将所述输出信号转换为电压信号；
信号转换单元，用于将所述电压信号转换为数字信号；
数据存储单元，用于对应传感器检测数据的转换参数；
控制端，用于输出所述控制指令，接收所述数字信号进行传感器类型识别，或，读取对应传感器类型的所述转换参数将所述数字信号转换为真实检测值。
在一实施例中，所述可变偏置单元采用数模转换器完成、或由数字电位器调节的同相比例放大器构成、或数字电位器控制的可调三端稳压器构成、或采用程控的可编程开关切换不同电压的电源产生。
在一实施例中，所述可变偏执单元与滤波电路或缓冲电路连接，通过所述滤波电路对所述偏置电压进行滤波处理或通过所述缓冲电路抑制开关损耗，为连接的温度传感器提供测量偏置。
在一实施例中，所述信号调理单元包括并联连接在所述信号转换单元与所述温度传感器连接线上的电容和电阻，通过所述电容和电阻对所述温度传感器的输出信号进行滤波，并将所述输出信号转换为所述电压信号。
在一实施例中，所述电阻包括：数字电位器或由程控的多切一电阻网络构成阻值可切换的结构。
在一实施例中，所述电容包括有源滤波器。
在一实施例中，所述信号转换单元包括模数转换器。
在一实施例中，所述数据存储单元包括电可擦可编程只读存储器。
在一实施例中，所述控制端与所述可变偏置单元之间通过通信总线进行所述控制指令传输。
在一实施例中，所述控制端进行传感器类型识别的方式包括：
所述控制端通过控制指令设置所述可变偏置单元的第一偏置电压，并读取所述信号转换单元反馈的第一转换结果；判断所述第一转换结果是否小于预设的第一阈值，若所述第一转换结果小于所述第一阈值，则未接入传感器；若所述第一转换结果大于所述第一阈值，则已接入传感器；
所述控制端通过控制指令设置所述可变偏置单元的第二偏置电压，并读取所述信号转换单元反馈的第二转换结果；判断所述第二转换结果与所述第一转换结果的差值是否小于预设的第二阈值，若所述差值小于所述第二阈值，则接入的传感器为电流型传感器；若所述差值大于所述第二阈值，则接入的所述传感器为热敏电阻型传感器。
具体地，控制端由通讯总线控制的可变偏置单元、信号转换单元、数据存储单元和信号调理单元组成。与通讯总线连接的可变偏置单元产生偏置输出与外部温度传感器正端连接，记为T+端口；温度传感器的信号输出端则与信号调理单元的输入连接，记为T-端口；信号调理后的信号再送入信号转换单元，其输出与通讯总线连接；数据存储单元与通讯总线连接。
可变偏置电压单元接收通讯指令产生可调、稳定的直流输出电压，作为温度传感器的测量偏置电压，具有调整范围宽、输出纹波小、响应速度快的特点。
信号调理单元接收传感器的输出信号，通过将电流信号或将电阻信号转换为电压信号并滤波后输出。
信号转换单元接收信号调理单元的输出信号，完成信号转换，并向通讯总线返回转换后的测量结果。
数据存储单元用于存储测量转换表或计算公式系数，用于将信号转换完成后的结果转为真实的温度。
T+与T-端口连接集成电流型温度传感器时，T+连接传感器的供电端，T-连接其电流输出端。T+与T-端口连接热敏电阻型温度传感器时，T+与T-分别连接热敏电阻两端，不区分极性。
请参阅图1，控制端通过通讯总线发指令给可变偏置电压单元，产生偏置输出电压V1并通过T+端口输出。T+端口连接至电流型传感器的供电端或热敏电阻型传感器的任一引出端，电流型传感器的输出电流信号或热敏电阻型传感器的另一引出端连接至信号调理单元的输入端，转为电压信号并滤波输出。信号调理单元输出的信号再经过信号转换单元转换后，变成数字信号通过通讯总线传输给控制端。控制端接收到返回的转换信号后，其结果记为D1。其次，控制端通过总线立即再次发送指令设置偏置电压单元输出电压为V2，重复V1时的上述过程，控制器第二次接收的结果记为D2。当D1小于给定值E0时，未接入传感器；当D2与D1的差值E小于给定值E1时，判定传感器为电流型传感器；当D2与D1的差值E大于给定值E1时，判定传感器为电阻型传感器。确定传感器类别后，控制器通过查询存储单元中的相应传感器的转换表，获得D1对应的温度值T1，完成传感器自动识别及温度转换。
温度传感器转换电路原理如图3所示，控制端通过I2C总线与转换电路通讯；数模转换器(DAC)U1接收指令产生可调输出电压并经过滤波和运算放大器U4缓冲后通过T+输出；T-端口接收的传感器输出信号经过R2与C2调理后转换为电压信号；调理后的电压信号通过模数转换器(ADC)U2获得转换后的数字结果，并通过总线发送给控制器；控制器通过总线读取电可擦可编程只读存储器(EEPROM)U3中的转换表，获得ADC转换输出的数字对应的真实温度。
可变偏置电压单元中模数转换器U1在接收到调整电压指令后，调整输出电压为V，并经过R1与C1组成的一阶RC滤波电路滤波后，再经过U4组成的跟随器以提高输出驱动能力。R2用于隔离运放的输出端，避免放大器输出端接入容性负载振荡不稳定。
信号调理单元通过T-端口连接传感器的输出信号。当接入的传感器为电流型时，其流出电流仅与被测温度相关(与偏置电压无关)且为线性关系，电流流经R3后变成电压信号并经过C2滤波后输出；当接入的传感器为热敏电阻型时，热敏电阻两端的电阻值RT仅与被测温度且为单调非线性关系，RT与R3成串联分压关系，分压电压与RT和偏置电压V均相关，分压电压经过C2滤波后输出。
信号转换单元中数模转换器U2的电压输入端与信号调理端的输出连接，并将输入电压转换为数字量输出。
数据存储单元可采用EEPROM实现，用于存储U2输出结果和对应的真实温度转换表，实现线性或非线性测量结果转换。
控制端识别传感器类型的流程框图如图3，控制器首先设置可变偏置输出电压为V1，然后读取转换单元的转换结果为D1，然后设置输出电压为V2，读取转换结果D2。当D1小于给定值E0(E0接近0)，则判定传感器悬空未接入，否则继续判断D1与D2的绝对差值E。若E小于E1(E1接近0)，则判定接入传感器为电流型(电流型传感器输出电流仅与温度相关)，否则判定接入传感器为热敏电阻型(短时温度不变，偏置电压改变会改变分压输出电压，进而大幅改变转换结果)。最后根据判定的传感器类型，分别在存储单元中查找D1对应的真实温度值，完成温度转换。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种用于电流型和热敏电阻型的温度传感器转换的电路，其特征在于，包括：
可变偏置单元，用于根据控制指令向温度传感器输出偏置电压；
信号调理单元，用于接收所述温度传感器的输出信号，并将所述输出信号转换为电压信号；
信号转换单元，用于将所述电压信号转换为数字信号；
数据存储单元，用于对应传感器检测数据的转换参数；
控制端，用于输出所述控制指令，接收所述数字信号进行传感器类型识别，或，读取对应传感器类型的所述转换参数将所述数字信号转换为真实检测值。
2.根据权利要求1所述的用于电流型和热敏电阻型的温度传感器转换的电路，其特征在于，所述可变偏置单元采用数模转换器完成、或由数字电位器调节的同相比例放大器构成、或数字电位器控制的可调三端稳压器构成、或采用程控的可编程开关切换不同电压的电源产生。
3.根据权利要求2所述的用于电流型和热敏电阻型的温度传感器转换的电路，其特征在于，所述可变偏执单元与滤波电路或缓冲电路连接，通过所述滤波电路对所述偏置电压进行滤波处理或通过所述缓冲电路抑制开关损耗，为连接的温度传感器提供测量偏置。
4.根据权利要求1所述的用于电流型和热敏电阻型的温度传感器转换的电路，其特征在于，所述信号调理单元包括并联连接在所述信号转换单元与所述温度传感器连接线上的电容和电阻，通过所述电容和电阻对所述温度传感器的输出信号进行滤波，并将所述输出信号转换为所述电压信号。
5.根据权利要求4所述的用于电流型和热敏电阻型的温度传感器转换的电路，其特征在于，所述电阻包括：数字电位器或由程控的多切一电阻网络构成阻值可切换的结构。
6.根据权利要求4所述的用于电流型和热敏电阻型的温度传感器转换的电路，其特征在于，所述电容包括有源滤波器。
7.根据权利要求1所述的用于电流型和热敏电阻型的温度传感器转换的电路，其特征在于，所述信号转换单元包括模数转换器。
8.根据权利要求1所述的用于电流型和热敏电阻型的温度传感器转换的电路，其特征在于，所述数据存储单元包括电可擦可编程只读存储器。
9.根据权利要求1所述的用于电流型和热敏电阻型的温度传感器转换的电路，其特征在于，所述控制端与所述可变偏置单元之间通过通信总线进行所述控制指令传输。
10.根据权利要求1所述的用于电流型和热敏电阻型的温度传感器转换的电路，其特征在于，所述控制端进行传感器类型识别的方式包括：
所述控制端通过控制指令设置所述可变偏置单元的第一偏置电压，并读取所述信号转换单元反馈的第一转换结果；判断所述第一转换结果是否小于预设的第一阈值，若所述第一转换结果小于所述第一阈值，则未接入传感器；若所述第一转换结果大于所述第一阈值，则已接入传感器；
所述控制端通过控制指令设置所述可变偏置单元的第二偏置电压，并读取所述信号转换单元反馈的第二转换结果；判断所述第二转换结果与所述第一转换结果的差值是否小于预设的第二阈值，若所述差值小于所述第二阈值，则接入的传感器为电流型传感器；若所述差值大于所述第二阈值，则接入的所述传感器为热敏电阻型传感器。
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