CN114063494B - 一种燃气体积修正仪的温度传感器驱动电路及燃气表 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于温度传感器控制技术领域，提供了一种燃气体积修正仪的温度传感器驱动电路及燃气表，温度传感器驱动电路包括温度传感器接口、供电模块和温度信号处理芯片，其特征在于，所述温度信号处理芯片的一组差分信号输入端组连接第一差分信号输入电路或第二差分信号输入电路，所述第一差分信号输入电路或第二差分信号输入电路的信号输入端组连接所述温度传感器接口的信号输出端组。本发明实施例采用运放及外接电阻的方式提供恒流源，为温度传感器提供恒定电流，保证温度采样的稳定和精度。同时，采用差分信号输入电路来处理采样的温度信号，可以很好地抑制共模干扰，抗干扰能力强，使信号传输和处理更准确。

Description

一种燃气体积修正仪的温度传感器驱动电路及燃气表
技术领域
本发明属于温度传感器控制技术领域，具体涉及一种燃气体积修正仪的温度传感器驱动电路及燃气表。
背景技术
燃气表控制燃气的开关与计量，但因为气体易受热胀冷缩的影响，温度的变化会对燃气的计量产生干扰，因此，通常会在燃气表中安装体积修正仪，用于根据温度变化来校正由此产生的燃气体积变化。体积修正仪内设置有温度传感器，用于采集场景内的实际温度，体积修正仪根据采集的温度来调整燃气的体积系数，从而得到更准确的燃气计量体积，减少误差，避免用户和燃气公司的损失和纠纷。
因此，温度传感器采集的数据很大程度上影响最后的校正效果，温度数据一方面受温度传感器灵敏度限制，另一方面受采集驱动电路的设计影响，导致采集的数据失真，最终导致误差较大。现有的温度传感器驱动电路通常是电压源为温度传感器供电，会出现采集数据不够稳定的情况；而采集得到的模拟信号往往是直接AD转换成数字信号进行处理，也在一定程度上增加了数据出错的风险。
因此，缺少一种能够稳定并准确获取温度传感器采集数据的方案。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种燃气体积修正仪的温度传感器驱动电路及燃气表，采用运放及外接电阻的方式提供恒流源，为温度传感器提供恒定电流，保证温度采样的稳定和精度。同时，采用差分信号输入电路来处理采样的温度信号，可以很好地抑制共模干扰，抗干扰能力强，使信号传输和处理更准确。
本发明实施例的第一方面提供了一种燃气体积修正仪的温度传感器驱动电路，包括温度传感器接口、供电模块和温度信号处理芯片，所述温度信号处理芯片为双通道十六位AD转换处理器，所述温度信号处理芯片包括二组差分模拟信号输入端组，其中，第一组差分模拟信号输入端组连接第一差分信号输入电路，第二组差分模拟信号输入端组连接第二差分信号输入电路，所述第一差分信号输入电路和第二差分信号输入电路的信号输入端组均连接所述温度传感器接口的信号输出端组；
所述第二差分信号输入电路包括第二运算放大器和第三运算放大器；
所述第二运算放大器的反相输入端串接第一二三电阻后接地，所述第二运算放大器的同相输入端串接第一二七电阻后连接所述温度传感器接口的第二信号输出端，所述第二运算放大器的输出端与反相输入端之间串接有第一二一电阻，所述第二运算放大器的输出端还串接第一二五电阻后连接所述第三运算放大器的反相输入端；
所述第三运算放大器的同相输入端串接第一二八电阻后连接所述温度传感器接口的第一信号输出端，所述第三运算放大器的输出端与反相输入端之间串接有第一二二电阻，所述第三运算放大器的输出端还串接第一二六电阻后连接所述温度信号处理芯片第二差分信号输入端组的第一差分信号输入端，所述第二差分信号输入端组的第二差分信号输入端接地，所述第三运算放大器的输出端还串接第一零九电容后接地。
通过上述设计，采用二组差分信号输入电路来处理采样的温度信号，分别得到两个采集端的差分信号，相互验证数据的准确度，可以很好地抑制共模干扰，抗干扰能力强，使信号传输和处理更准确。
其中，第二差分信号输入电路是采用差分放大的方式，将采集的二个值相减后放大一定倍数输入到差分信号处理芯片的一个输入端组，再由差分信号处理芯片对输入的差分放大的信号值进行AD转换，放大倍数由第二运算放大器和第三运算放大器的外围电阻决定。差分放大也能够很好地稳定模拟信号的传输和处理。
更进一步的，所述第一差分信号输入电路包括第一一五电阻、第一一七电阻、第一一九电阻、第一零六电容和第一零七电容；
所述第一一五电阻的一端连接所述温度传感器接口的第一信号输出端，另一端连接所述温度信号处理芯片第一差分信号输入端组的第一差分信号输入端，所述第一一九电阻的一端连接所述温度传感器接口的第二信号输出端，另一端连接所述温度信号处理芯片第一差分信号输入端组的第二差分信号输入端，所述第一一七电阻的两端分别连接所述第一信号输出端和第二信号输出端；
所述第一零六电容的两端分别连接所述第一差分信号输入端组的第一差分信号输入端和第二差分信号输入端，所述第一零七电容的两端分别连接所述第一信号输出端和第二信号输出端。
第一差分信号输入电路是将采样的信号值经过两路差分处理后分别输入差分信号处理芯片(温度信号处理芯片)的一个输入端组，进行差分运算后转换为数字信号，差分处理的方式使数据稳定性和准确性优于直接AD转换的方式。
相比较而言，第二差分信号输入电路处理后的数据值应是第一差分信号输入电路的两路信号差值的放大倍数，放大的值在单片机处理中会对应调整倍数运算处理。
更进一步的，所述供电模块包括基准电源单元和第一运算放大器，所述基准电源单元的输入端连接电源VAA，所述基准电源单元的基准电压输出端串接第一零五电阻后连接所述第一运算放大器的反相输入端，所述基准电压输出端还串接第一零七电阻后连接所述第一运算放大器的同相输入端，所述第一运算放大器的同相输入端还串接第一一零电阻后接地，所述第一运算放大器的反相输入端和输出端分别连接所述温度传感器接口的第一电源输入脚、第二电源输入脚。
通过上述设计，采用运放及外接电阻的方式将电压源变为电流源，且电压源是基准电压十分稳定，因此，第一运算放大器的反相输入端和输出端所输出的电流源是恒流源，输出“I+”“I-”为温度传感器提供恒定电流，保证温度采样的稳定和精度。
更进一步的，所述第二差分信号输入端组的第一差分信号输入端还串接第一三零电阻后连接体积修正仪单片机的温度放大模拟信号输入端。
直接将差分放大的模拟信号输入单片机，可以由单片机直接处理模拟信号，也便于记录数据值以及校正电路。
更进一步的，所述温度传感器接口的第一输出脚串联第一三电感后作为信号输出端组的第一信号输出端，所述第一信号输出端串接第一一一电容后接地；
所述温度传感器接口的第二输出脚串联第一四电感后作为信号输出端组的第二信号输出端，所述第二信号输出端串接第一一零电容后接地。
电感与电容起到滤波的作用，避免信号干扰。
更进一步的，所述温度信号处理芯片为双通道十六位AD转换处理器，所述温度信号处理芯片包括二组差分模拟信号输入端组，其中，第一组差分模拟信号输入端组连接所述第一差分信号输入电路，第二组差分模拟信号输入端组连接所述第二差分信号输入电路；
所述温度信号处理芯片的基准电压输入端连接所述基准电源单元的基准电压输出端，所述温度信号处理芯片的电源脚连接电源VAA，所述温度信号处理芯片的数字信号通信端组接入SPI总线。
温度信号处理芯片也采用基准电源来进行信号处理工作，大大提高了数据处理的稳定性，而同时采用两个差分信号输入电路，方便相互验证数据的准确性，例如，当其中一个电路获取的信号值在一定时间内比另一个更稳定，则可以重新调整不稳定那路的电路元件，从而形成一个差分电路为工作电路，另一个差分电路为工作电流的检测校准电路。或者，还可以将两个差分电路输入的信号值再通过差分运算来提高数据的准确性。
更进一步的，所述电源VAA串接第一零四电阻后连接P沟道MOS管的漏极，所述P沟道MOS管的源极连接3V电压，所述P沟道MOS管的栅极连接体积修正仪单片机的VAA电源控制脚。
整个驱动电路的电源VAA由单片机控制启动，方便单片机统一控制工作。
更进一步的，所述信号输出端组的第一信号输出端串接第一二四电阻后连接体积修正仪单片机的第一温度模拟信号输入端，所述信号输出端组的第二信号输出端串接第一二九电阻后连接体积修正仪单片机的第二温度模拟信号输入端。
同样可以将温度传感器采集的模拟信号直接输入单片机，可以在单片机中对模拟信号进行处理。
本发明实施例的第二方面提供了一种燃气体积修正仪，包括体积修正仪单片机和温度传感器，所述体积修正仪单片机和温度传感器之间设置有如上述的一种燃气体积修正仪的温度传感器驱动电路。
本发明实施例的第三方面提供了一种燃气表，包括如上述的一种燃气体积修正仪。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果至少在于：
本发明实施例采用运放及外接电阻的方式提供恒流源，为温度传感器提供恒定电流，保证温度采样的稳定和精度。同时，采用差分信号输入电路来处理采样的温度信号，可以很好地抑制共模干扰，抗干扰能力强，使信号传输和处理更准确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例提供的燃气体积修正仪的温度传感器驱动电路中温度信号处理芯片部分的电路原理图；
图2是本发明实施例提供的燃气体积修正仪的温度传感器驱动电路中第二差分信号输入电路的电路原理图；
图3是本发明实施例提供的燃气体积修正仪的温度传感器驱动电路中电源VAA部分的电路原理图；
图4是本发明实施例提供的燃气体积修正仪的温度传感器驱动电路中模拟信号输入单片机的电路原理图。
具体实施方式
为了说明本发明的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
本发明实施例采用了如下技术方案：
实施例：
参见图1，本实施例提供了一种燃气体积修正仪的温度传感器驱动电路，包括温度传感器接口X5、供电模块和温度信号处理芯片U17，温度信号处理芯片U17为双通道十六位AD转换处理器，其二组差分模拟信号输入端组均使用，其中，第一组差分模拟信号输入端组(AIN1+和AIN1-)连接第一差分信号输入电路，第二组差分模拟信号输入端组(AIN2+和AIN2-)连接第二差分信号输入电路，第一差分信号输入电路和第二差分信号输入电路的信号输入端组均连接温度传感器接口X5的信号输出端组(PT_AD1和PT_AD2)；
供电模块包括基准电源单元U15和第一运算放大器U12，基准电源单元U15的输入端连接电源VAA，基准电源单元U15的基准电压输出端VREF串接第一零五电阻R105后连接第一运算放大器U12的反相输入端，基准电压输出端VREF还串接第一零七电阻后R107连接第一运算放大器U12的同相输入端，第一运算放大器U12的同相输入端还串接第一一零电阻R110后接地，第一运算放大器U12的反相输入端和输出端分别连接温度传感器接口X5的第一电源输入脚I+、第二电源输入脚I-。
本实施例中，第一运算放大器U12的工作电压也由电源VAA提供。
第一差分信号输入电路包括第一一五电阻R115、第一一七电阻R117、第一一九电阻R119、第一零六电容C106和第一零七电容C107；
第一一五电阻R115的一端连接温度传感器接口X5的第一信号输出端PT_AD1，另一端连接温度信号处理芯片U17第一差分信号输入端组的第一差分信号输入端AIN1+，第一一九电阻R119的一端连接温度传感器接口X5的第二信号输出端PT_AD2，另一端连接温度信号处理芯片U17第一差分信号输入端组的第二差分信号输入端AIN1-，第一一七电阻R117的两端分别连接第一信号输出端PT_AD1和第二信号输出端PT_AD2；
第一零六电容C106的两端分别连接第一差分信号输入端组的第一差分信号输入端AIN1+和第二差分信号输入端AIN1-，第一零七电容C107的两端分别连接第一信号输出端PT_AD1和第二信号输出端PT_AD2。
参见图2，本实施例的第二差分信号输入电路包括第二运算放大器U13A和第三运算放大器U13B；
第二运算放大器U13A的反相输入端串接第一二三电阻R123后接地，第二运算放大器U13A的同相输入端串接第一二七电阻R127后连接温度传感器接口X5的第二信号输出端PT_AD2，第二运算放大器U13A的输出端与反相输入端之间串接有第一二一电阻R121，第二运算放大器U13A的输出端还串接第一二五电阻R125后连接第三运算放大器U13B的反相输入端；
第三运算放大器U13B的同相输入端串接第一二八电阻R128后连接温度传感器接口X5的第一信号输出端PT_AD1，第三运算放大器U13B的输出端与反相输入端之间串接有第一二二电阻R122，第三运算放大器U13B的输出端还串接第一二六电阻R126后连接温度信号处理芯片U17第二差分信号输入端组的第一差分信号输入端AIN2+，第二差分信号输入端组的第二差分信号输入端AIN2-接地，第三运算放大器U13B的输出端还串接第一零九电容C109后接地。
第二差分信号输入端组的第一差分信号输入端AIN2+(也是TEMP_OP)还串接第一三零电阻R130后连接体积修正仪单片机的温度放大模拟信号输入端TEMP_OP_AD。
本实施例中，温度传感器接口X5的第一输出脚(2脚)串联第一三电感L13后作为信号输出端组的第一信号输出端PT_AD1，第一信号输出端PT_AD1串接第一一一电容C111后接地；
温度传感器接口X5的第二输出脚(3脚)串联第一四电感L14后作为信号输出端组的第二信号输出端PT_AD2，第二信号输出端PT_AD2串接第一一零电容C110后接地。
温度信号处理芯片U17的基准电压输入端REF+连接基准电源单元U15的基准电压输出端VREF，温度信号处理芯片U17的电源脚VCC连接电源VAA，温度信号处理芯片U17的数字信号通信端组接入SPI总线，包括DIN、DOUT、DRDY、CS和RESET等信号脚。
本实施例中，电源VAA串接第一零四电阻R104后连接P沟道MOS管T18的漏极，T18的源极连接3V电压(VCC3V0)，T18的栅极连接体积修正仪单片机的VAA电源控制脚P_Analog，如图3所示，还设置有电源VAA的保护电容C101。
参见图4，第一信号输出端PT_AD1串接第一二四电阻R124后连接体积修正仪单片机的第一温度模拟信号输入端TEMP_AD1，第二信号输出端PT_AD2串接第一二九电阻R129后连接体积修正仪单片机的第二温度模拟信号输入端TEMP_AD2。
本实施例的工作原理如下：
U15为U17提供稳定的基准电源VREF，U12将基准电源VREF转化为恒流源I+和I-，为温度传感器稳定供电；
PT_AD1和PT_AD2在第一差分信号输入电路中经两路差分输入U17进行AD转换，最终形成稳定的温度信号值。
PT_AD1和PT_AD2在第二差分信号输入电路中经两个运放处理后得到信号值A(PT_AD1—PT_AD2)再输入U17进行AD转换。其中，A是放大倍数，由两个运放的外围电阻决定。
本实施例的二个差分电路是相互作为检测校对使用。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种燃气体积修正仪的温度传感器驱动电路，包括温度传感器接口、供电模块和温度信号处理芯片，其特征在于，所述温度信号处理芯片为双通道十六位AD转换处理器，所述温度信号处理芯片包括二组差分模拟信号输入端组，其中，第一组差分模拟信号输入端组连接第一差分信号输入电路，第二组差分模拟信号输入端组连接第二差分信号输入电路，所述第一差分信号输入电路和第二差分信号输入电路的信号输入端组均连接所述温度传感器接口的信号输出端组；
所述第二差分信号输入电路包括第二运算放大器和第三运算放大器；
所述第二运算放大器的反相输入端串接第一二三电阻后接地，所述第二运算放大器的同相输入端串接第一二七电阻后连接所述温度传感器接口的第二信号输出端，所述第二运算放大器的输出端与反相输入端之间串接有第一二一电阻，所述第二运算放大器的输出端还串接第一二五电阻后连接所述第三运算放大器的反相输入端；
所述第三运算放大器的同相输入端串接第一二八电阻后连接所述温度传感器接口的第一信号输出端，所述第三运算放大器的输出端与反相输入端之间串接有第一二二电阻，所述第三运算放大器的输出端还串接第一二六电阻后连接所述温度信号处理芯片第二差分信号输入端组的第一差分信号输入端，所述第二差分信号输入端组的第二差分信号输入端接地，所述第三运算放大器的输出端还串接第一零九电容后接地；
所述第一差分信号输入电路包括第一一五电阻、第一一七电阻、第一一九电阻、第一零六电容和第一零七电容；
所述第一一五电阻的一端连接所述温度传感器接口的第一信号输出端，另一端连接所述温度信号处理芯片第一差分信号输入端组的第一差分信号输入端，所述第一一九电阻的一端连接所述温度传感器接口的第二信号输出端，另一端连接所述温度信号处理芯片第一差分信号输入端组的第二差分信号输入端，所述第一一七电阻的两端分别连接所述第一信号输出端和第二信号输出端；
所述第一零六电容的两端分别连接所述第一差分信号输入端组的第一差分信号输入端和第二差分信号输入端，所述第一零七电容的两端分别连接所述第一信号输出端和第二信号输出端。
2.根据权利要求1所述的一种燃气体积修正仪的温度传感器驱动电路，其特征在于，所述供电模块包括基准电源单元和第一运算放大器，所述基准电源单元的输入端连接电源VAA，所述基准电源单元的基准电压输出端串接第一零五电阻后连接所述第一运算放大器的反相输入端，所述基准电压输出端还串接第一零七电阻后连接所述第一运算放大器的同相输入端，所述第一运算放大器的同相输入端还串接第一一零电阻后接地，所述第一运算放大器的反相输入端和输出端分别连接所述温度传感器接口的第一电源输入脚、第二电源输入脚。
3.根据权利要求1所述的一种燃气体积修正仪的温度传感器驱动电路，其特征在于，所述第二差分信号输入端组的第一差分信号输入端还串接第一三零电阻后连接体积修正仪单片机的温度放大模拟信号输入端。
4.根据权利要求1所述的一种燃气体积修正仪的温度传感器驱动电路，其特征在于，所述温度传感器接口的第一输出脚串联第一三电感后作为信号输出端组的第一信号输出端，所述第一信号输出端串接第一一一电容后接地；
所述温度传感器接口的第二输出脚串联第一四电感后作为信号输出端组的第二信号输出端，所述第二信号输出端串接第一一零电容后接地。
5.根据权利要求2所述的一种燃气体积修正仪的温度传感器驱动电路，其特征在于，所述温度信号处理芯片的基准电压输入端连接所述基准电源单元的基准电压输出端，所述温度信号处理芯片的电源脚连接电源VAA，所述温度信号处理芯片的数字信号通信端组接入SPI总线。
6.根据权利要求5所述的一种燃气体积修正仪的温度传感器驱动电路，其特征在于，所述电源VAA串接第一零四电阻后连接P沟道MOS管的漏极，所述P沟道MOS管的源极连接3V电压，所述P沟道MOS管的栅极连接体积修正仪单片机的VAA电源控制脚。
7.根据权利要求1所述的一种燃气体积修正仪的温度传感器驱动电路，其特征在于，所述信号输出端组的第一信号输出端串接第一二四电阻后连接体积修正仪单片机的第一温度模拟信号输入端，所述信号输出端组的第二信号输出端串接第一二九电阻后连接体积修正仪单片机的第二温度模拟信号输入端。
8.一种燃气体积修正仪，包括体积修正仪单片机和温度传感器，其特征在于，所述体积修正仪单片机和温度传感器之间设置有如权利要求1-7之一所述的一种燃气体积修正仪的温度传感器驱动电路。
9.一种燃气表，其特征在于，包括如权利要求8所述的一种燃气体积修正仪。
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