CN115597634A

CN115597634A - 一种电阻值转换电路

Info

Publication number: CN115597634A
Application number: CN202211293232.1A
Authority: CN
Inventors: 陈梁远
Original assignee: Electric Power Research Institute of Guangxi Power Grid Co Ltd
Current assignee: Electric Power Research Institute of Guangxi Power Grid Co Ltd
Priority date: 2022-10-21
Filing date: 2022-10-21
Publication date: 2023-01-13

Abstract

本发明属于电阻信号检测领域和模拟电路设计领域，尤其涉及一种电阻值转换电路，包括：通过恒流元件产生的恒流源；电流元件与产生恒流源相同的驱动电流，用于将电阻值转换成电压值的待测电阻，此电流在待测电阻上两端产生的电压值即为待测电阻的转换值。本发明中，被测电阻恒流供电，消除了恒压式电桥供电引起的转换误差，测量准确；单电源供电及信号差值输出，减少了电压复杂度和电源引入的噪声；三极管驱动的恒流供电，输出信号调节裕度大，并且可以实现待测信号的放大；输出转换值的范围为(0.4V～2.8V)，可直接与大多数数模转换器相接，不需专门的放大电路。

Description

一种电阻值转换电路

技术领域

本发明属于电阻信号检测领域和模拟电路设计领域，尤其涉及一种电阻值转换电路。

背景技术

电阻传感器是一种应用十分广泛的电参数传感器，如温敏电阻、热敏电阻、磁敏电阻、光敏电阻和应力敏感电阻等，其基本原理是将被测物理量转换成相应关系的电阻值，再经过相应的测量电路后，组成的测量温度、热量、涡流、光强、应力、压力、重量、位移、加速度、扭矩等传感器，广泛应用于国计民生的各个领域，如电力、冶金、交通、石化、商业、生物医学和国防等部门，是实现过程检测和生产过程自动化常用的传感技术。

电阻式传感器要把电阻值转换成电压或电流，才能进行后续的信号处理，对于准确率要求不高的应用场合，桥式结构可以满足要求，但对于准确率要求高的电阻传感器，如PT100和PT1000等，桥式结构的准确率满足不了要求，在桥式结构中，如附图3，输出电压与各参数之间的关系为

参考附图4，当△R/R在(10％～-10％)范围变化时，转换误差范围在(-5％～5.5％)，当△R/R＝0.5时，转换误差为(1-1/1.25)*100％＝20％，而且不同变化范围的电阻值的转换误差不一致，导致桥式恒压电路的转换误差大，分段线性也困难。

综上所述，现阶段需要一种转换电路，来减少桥式恒压电路的转换误差。

发明内容

为了解决或者改善上述桥式恒压电路的转换误差过大的问题，本发明提供了一种电阻值转换电路，具体技术方案如下：

本发明提供一种电阻值转换电路，包括：通过恒流元件产生的恒流源；电流元件与产生恒流源相同的驱动电流，用于将电阻值转换成电压值的待测电阻，此电流在待测电阻上两端产生的电压值即为待测电阻的转换值。

优选的，恒流元件包括参考电压源VR，运算放大器A和电阻(R1、R3)。

优选的，电流元件包括三极管T和待测电阻RT。

优选的，参考电压源VR输出恒定电压V_S，该电压输入到运算放大器A的同相端“+”，运算放大器A的反相端“—”和地之间接电阻R1，流经R1的电流保持恒定。

优选的，运算放大器A的输出端和三极管T1的基极之间接有电阻R3，三极管T1的集电极和运算放大器A的反相端“—”接有待测电阻RT，三极管T的集电极输出电流与流经R1上的电流相同，RT两端的电压信号VT即为RT阻值的转换值。

优选的，RT的阻值R(T)与VT的值V(T)、电压源的输出电压值Vs(0)和R1的阻值R₁(0)关系如下：

优选的，对于变化范围在980-1200Ω的热电阻PT1000，需要构筑一个与电阻值转换电路结构相同的镜像电路。

优选的，所述镜像电路包括运算放大器A`的输出端和三极管T1`的基极之间接电阻R3`，三极管T1`的集电极和运算放大器A`的反相端“—”接待测电阻RT(0)，三极管T的集电极输出电流与流经R1`上的电流相同，运算放大器A`的参数与运算放大器A的参数相同，可得R1`＝R1，R3`＝R3。

优选的，待测信号未变化时RT的值RT(0),则RT值从RT(0)变化为RT(0)+△R时，输出电压值Vo(0)和R1的阻值R₁(0)关系如下：

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、被测电阻恒流供电，消除了恒压式电桥供电引起的转换误差，测量准确；

2、单电源供电及信号差值输出，减少了电压复杂度和电源引入的噪声；

3、三极管驱动的恒流供电，输出信号调节裕度大，并且可以实现待测信号的放大。

附图说明

图1为本发明的电阻值转换的电路原理图。

图2为本发明的电阻变化值转换的电路原理图。

图3为恒压式电桥示意图。

图4为本发明电路的转换误差与桥式转换误差的比较图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

实施例一，热电阻采用RT100：

为了解决桥式恒压电路的转换误差过大问题，提出如图1所示的一种电阻值转换电路，包括通过参考电压源VR、运算放大器A和电阻(R1、R3)产生的恒流源；三极管T和待测电阻RT与产生恒流源相同的驱动电流，此电流在待测电阻RT上两端产生的电压值即为待测电阻RT的转换值。参考电压源VR输出恒定电压V_S，该电压输入到运算放大器A的同相端“+”，运算放大器A的反相端“—”和地之间接电阻R1，流经R1的电流保持恒定。运算放大器A的输出端和三极管T1的基极之间接有电阻R3，三极管T1的集电极和运算放大器A的反相端“—”接有待测电阻RT，三极管T的集电极输出电流与流经R1上的电流相同，RT两端的电压信号VT即为RT阻值的转换值RT的阻值R(T)与VT的值V(T)、电压源的输出电压值Vs(0)和R1的阻值R₁(0)关系如下：

三极管T可选9013，运算放大器A可选AD8028，运算放大器A的输出端和三极管T1的基极之间的电阻R3可选1000Ω，参考电压源VR输出电压可选0.4V，恒定VS，该电压输入到运算放大器A的同相端“+”，运算放大器A的反相端“—”和地之间所接电阻R1可选100Ω，VCC选3.3V单电源供电，则RT上的电压变化范围可达3.3V-0.3V-0.4V＝2.5V，而流经RT的恒流为：400mV/100Ω＝10mA，则RT的阻值最大值为：3.3V/10mA＝330Ω

因此，本举例的参数值完全满足PT100之类热电阻阻值全量程准确转换的需要，而且有以下优点

1、恒流10mA，可把PT100电阻的数值放大10倍，例如101.11(Ω)电阻的转换值是1011.1(mV)。

2、输出转换值的范围为(0.4V～2.8V)，可直接与大多数数模转换器相接，不需专门的放大电路。

实施例二：实施例二与实施例一不同的是，热电阻采用的是变化范围在980-1200Ω的热电阻PT1000。

参考图2：对于变化范围在980-1200Ω的热电阻PT1000，除实施例一中的电阻值转换电路外，还需要构筑一个与电阻值转换电路结构相同的镜像电路，镜像电路包括运算放大器A`的输出端和三极管T1`的基极之间接电阻R3`，三极管T1`的集电极和运算放大器A`的反相端“—”接待测电阻RT(0)，三极管T的集电极输出电流与流经R1`上的电流相同，运算放大器A`的参数与运算放大器A的参数相同，可得R1`＝R1，R3`＝R3，待测信号未变化时RT的值RT(0),则RT值从RT(0)变化为RT(0)+△R时，输出电压值Vo(0)和R1的阻值R₁(0)关系如下：

三极管T和T`可选9013；运算放大器A和A`可选AD8028；Vs＝15V；R1＝R1`＝100Ω；RT(0)＝R3＝R3`＝1000Ω；

当热电阻PT1000的热阻值为1119.99(Ω)时，△R＝119.99(Ω)，镜像转换电路的输出值为1199.9，输出电压为1.1999mV，也可之间接到3.3V供电的AD输入端。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元可结合为一个单元，一个单元可拆分为多个单元，或一些特征可以忽略等。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims

1.一种电阻值转换电路，其特征在于，包括，通过恒流元件产生的恒流源；电流元件与产生恒流源相同的驱动电流，用于将电阻值转换成电压值的待测电阻，此电流在待测电阻上两端产生的电压值即为待测电阻的转换值。

2.根据权利要求1所述的一种电阻值转换电路，其特征在于：恒流元件包括参考电压源VR，运算放大器A和电阻(R1、R3)。

3.根据权利要求2所述的一种电阻值转换电路，其特征在于：电流元件包括三极管T和待测电阻RT。

4.根据权利要求3所述的一种电阻值转换电路，其特征在于：参考电压源VR输出恒定电压V_S，该电压输入到运算放大器A的同相端“+”，运算放大器A的反相端“—”和地之间接电阻R1，流经R1的电流保持恒定。

5.根据权利要求1所述的一种电阻值转换电路，其特征在于：运算放大器A的输出端和三极管T1的基极之间接有电阻R3，三极管T1的集电极和运算放大器A的反相端“—”接有待测电阻RT，三极管T的集电极输出电流与流经R1上的电流相同，RT两端的电压信号VT即为RT阻值的转换值。

6.根据权利要求5所述的一种电阻值转换电路，其特征在于：RT的阻值R(T)与VT的值V(T)、电压源的输出电压值Vs(0)和R1的阻值R₁(0)关系如下：

7.根据权利要求1至6所述的一种电阻值转换电路，其特征在于：对于变化范围在980-1200Ω的热电阻PT1000，需要构筑一个与电阻值转换电路结构相同的镜像电路。

8.根据权利要求7所述的一种电阻值转换电路，其特征在于：所述镜像电路包括运算放大器A`的输出端和三极管T1`的基极之间接电阻R3`，三极管T1`的集电极和运算放大器A`的反相端“—”接待测电阻RT(0)，三极管T的集电极输出电流与流经R1`上的电流相同，运算放大器A`的参数与运算放大器A的参数相同，可得R1`＝R1，R3`＝R3。

9.根据权利要求8所述的一种电阻值转换电路，其特征在于：待测信号未变化时RT的值RT(0),则RT值从RT(0)变化为RT(0)+△R时，输出电压值Vo(0)和R1的阻值R₁(0)关系如下：