CN116972998A - 温度测量电路、温度采集装置及加工设备 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及温度测量电路、温度采集板装置及加工设备，其中温度测量电路包括：电流源；热敏电阻，热敏电阻的第一端与电流源的电流输出端连接，热敏电阻的第一端用于接收电流源输出的稳定电流，热敏电阻的第二端接地；温度确定模块，与热敏电阻的第一端连接，用于接收经由热敏电阻输出的采样电压，并根据采样电压输出温度测量信号。该温度测量电路基于温度确定模块运算放大器的虚短和虚断特性，消除热敏电阻引线电阻在热敏电阻温度测量过程中所引起的测量误差，并结合电流源输出的稳定电流，实现对实际温度值的精准采样，进而满足温度测量精度需求。
Description
技术领域
本申请涉及温度测量领域，特别是涉及一种温度测量电路、温度采集板装置及加工设备。
背景技术
随着温度测量技术的不断发展及温度测量应用场合不断扩展，对温度测量精度的要求越来越高。热敏电阻是一种电阻值随温度变化而改变的电阻，具有良好的稳定性，是工业生产过程中最常用的热敏电阻。
基于热敏电阻的温度测量法主要有两线制测量法及桥式测量法，两线制测量法是在热敏电阻的两端分别引出一根引线，由于引线电阻会带来附加误差，一般适用于测量精度要求不高场合。桥式测量法是在热敏电阻的一端引出一根引线，另一端引出两根引线，当热敏电阻与测量电桥配用时，热敏电阻两端的引线分别接在电桥的两个桥臂上，可以减少引线电阻所引起的测量误差，但却不能消除测量误差。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种温度测量电路、温度采集板装置及加工设备。
一种温度测量电路，包括：
电流源；
热敏电阻，所述热敏电阻的第一端包括第一引线和第二引线，所述第一引线与所述电流源的电流输出端连接，所述热敏电阻的第二端接地；
温度确定模块，包括运算放大器电路，所述运算放大器电路的反相输入端与所述第一引线连接，所述运算放大器电路的同相输入端与所述第二引线连接，所述温度确定模块用于接收经由所述热敏电阻输出的信号并确定待测温度。
在其中一个实施例中，所述运算放大器电路包括第一电阻、第二电阻及运算放大器，所述第一电阻的第一端与所述第一引线连接，所述第一电阻的第二端与所述运算放大器的第一端连接，所述第二电阻的第一端与所述第二引线连接，所述第二电阻的第二端与所述运算放大器的第二端连接。
在其中一个实施例中，所述运算放大器电路还包括第三电阻和第一电容，所述第三电阻的第一端与所述运算放大器的第一端连接，所述运算放大器的第三端接地，所述第三电阻的第二端与所述运算放大器的第四端连接，所述第一电容的第一端与所述运算放大器的第五端连接，所述第一电容的第二端接地。
在其中一个实施例中，所述温度确定模块还包括：
滤波单元，与所述运算放大器电路连接，用于接收所述运算放大器电路输出的目标放大信号，并输出滤波后的目标滤波信号；
温度分析单元，与所述滤波单元连接，用于根据所述目标滤波信号，确定测量温度。
在其中一个实施例中，所述滤波单元包括第四电阻和第二电容，所述第四电阻的第一端与所述运算放大器电路连接，所述第四电阻的第二端与所述第二电容的第一端连接，所述第二电容的第二端接地。
在其中一个实施例中，所述电流源包括：
稳压单元；
电流调节单元，与所述稳压单元连接，用于接收所述稳压单元输出的基准电压，并输出稳定电流。
在其中一个实施例中，所述稳压单元包括稳压源，所述稳压源的输入端与供电电源的输出端连接，所述稳压源的输出端与所述电流调节单元连接。
在其中一个实施例中，所述电流调节单元包括第五电阻，所述第五电阻的第一端与所述稳压单元连接，所述第五电阻的第二端与所述电流源的输出端连接。
一种温度采集装置，包括：
如上述热敏电阻的温度测量电路。
一种加工设备，包括：
如上述温度测量电路。
本申请的实施例存在的有益效果是：
该温度测量电路中，热敏电阻的第一引线与电流源的电流输出端连接，热敏电阻的第二端接地，实现由电流源为热敏电阻提供工作电流，运算放大器电路的反相输入端与热敏电阻的第一引线连接，运算放大器电路的同相输入端与热敏电阻的第二引线连接，使得运算放大器电路的反相输入端能接收到与热敏电阻的阻值、第一引线的阻值以及前述工作电流相关的信号，以及使得运算放大器电路的同相输入端能接收到与热敏电阻的阻值、第二引线的阻值以及前述工作电流相关的信号，由于运算放大器具有虚短和虚断特性，运算放大器电路输出的温度采样信号与第一引线的电阻和第二引线的电阻无关，基于温度采样信号得到的温度测量结果(即待测温度)也就与第一引线的电阻和第二引线的电阻无关，能消除热敏电阻的引线电阻所引起的测量误差，能提高测量精度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，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申请的一些实施例，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他的附图。
图1为一个实施例中温度测量电路的结构示意框图；
图2为一个实施例中温度确定模块300的具体结构示意框图；
图3为一个实施例中电流源100的具体结构示意框图；
图4为一个实施例中温度测量电路的具体结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
图1，为一个实施例中温度测量电路的结构示意框图。
在本实施例中，如图1所示，该温度测量电路包括电流源100、热敏电阻200及温度确定模块300。
电流源100可以是与供电电源的输出端、热敏电阻200及温度确定模块300连接，用于接收供电电源输出的供电电压，并根据供电电压输出基准电压，且根据基准电压输出稳定电流的组成模块。
可选地，电流源100包括电源电压接收端和电流输出端，电源电压接收端与供电电源的输出端连接，电流输出端分别与热敏电阻200的第一端及温度确定模块300输入端连接；电源电压接收端用于接收供电电源输出的供电电压，电流输出端用于输出稳定电流至热敏电阻200及温度确定模块300。
热敏电阻200的第一端与电流源100的电流输出端连接，热敏电阻200的第一端用于接收电流源100输出的稳定电流，热敏电阻200的第二端接地。
热敏电阻200可以是用于温度测量的三线制热敏电阻。可选的，热敏电阻200可以是三线制PT100。
热敏电阻200的第一端包括第一引线和第二引线，热敏电阻200的第二端包括第三引线，第一引线分别与电流源100的电流输出端及温度确定模块300的采样电压接收端连接，第二引线与温度确定模块300的采样电压接收端连接，第三引线接地。
第一引线和第二引线，可以是热敏电阻200的第一端引出的导线；第三引线，可以是热敏电阻200的第二端引出的导线。第一引线用于接收电流源100输出的稳定电流至热敏电阻200，还用于输出热敏电阻200的采样电压至温度确定模块300的采样电压接收端；第二引线用于输出热敏电阻200的采样电压至温度确定模块300的采样电压接收端；第三引线接地。
需要说明的是，热敏电阻200的第一引线、第二引线及第三引线的长度、横截面面积及材料相同，以保证三者产生的引线电阻相同。
温度确定模块300包括运算放大器电路，运算放大器电路的反相输入端与第一引线连接，运算放大器电路的同相输入端与第二引线连接，温度确定模块300用于接收经由热敏电阻200输出的采样电压，并根据采样电压确定待测温度。
温度确定模块300可以是分别与电流源100和热敏电阻200的连接，用于接收电流源100输出的稳定电流及热敏电阻200输出的采样电压，并根据稳定电流及采样电压确定待测温度的组成模块。
可选地，温度确定模块300包括电流接收端、采样电压接收端及测量值输出端，电流接收端与电流源100的电流输出端连接，电压接收端与热敏电阻200的第一端连接；电流接收端用于接收电流源100输出的恒流电流，采样电压接收端包括运算放大器电路的反相输入端和同相输入端，用于接收热敏电阻200输出的采样电压，测量值输出端用于输出待测温度。
采样电压可以是稳定电流流经热敏电阻200时电阻对应的电压；不同温度环境下，热敏电阻200的电阻值不同，稳定电流流经热敏电阻200时采样电压随着电阻值不同而不同。待测温度可以是热敏电阻200对实际温度的测试值。
具体地，在对温度测量时，电流源100的电源电压接收端用于接收供电电源输出的供电电压，电流输出端用于输出稳定电流至热敏电阻200和温度确定模块300。热敏电阻200的第一引线用于接收电流源100输出的稳定电流，还用于输出热敏电阻200的采样电压至温度确定模块300的采样电压接收端(即运算放大器电路的反相输入端)；第二引线用于输出热敏电阻200的采样电压至温度确定模块300的采样电压接收端(即运算放大器电路的同相输入端)。温度确定模块300的电流接收端用于接收电流源100输出的恒流电流，采样电压接收端(即运算放大器电路的反相输入端和同相输入端)用于接收端热敏电阻200输出的采样电压，测量值输出端用于输出温度测量信号。
本实施例中提供的温度测量电路包括：电流源100；热敏电阻200，热敏电阻200的第一端与电流源100的输出端连接，热敏电阻200的第一端用于接收电流源100输出的稳定电流；温度确定模块300，与热敏电阻200的第一端连接，用于接收经由热敏电阻200输出的采样电压，并根据采样电压输出温度测量信号。上述的温度测量电路，热敏电阻200的第一引线与电流源100的电流输出端连接，热敏电阻200的第二端接地，实现由电流源100为热敏电阻200提供工作电流，运算放大器电路的反相输入端与热敏电阻200的第一引线连接，运算放大器电路的同相输入端与热敏电阻200的第二引线连接，使得运算放大器电路的反相输入端能接收到与热敏电阻200的阻值、第一引线的阻值以及前述工作电流相关的信号，以及使得运算放大器电路的同相输入端能接收到与热敏电阻200的阻值、第二引线的阻值以及前述工作电流相关的信号，由于运算放大器具有虚短和虚断特性，运算放大器电路输出的温度采样信号与第一引线的电阻和第二引线的电阻无关，基于温度采样信号得到的温度测量结果(即待测温度)也就与第一引线的电阻和第二引线的电阻无关，能消除热敏电阻200的引线电阻所引起的测量误差，能提高测量精度。
图2，为一个实施例中温度确定模块300的具体结构示意框图。
在本实施例中，如图2所示，该温度确定模块300包括运算放大器电路320、滤波单元340及温度分析单元360。
运算放大器电路320，与热敏电阻200的第一端连接，用于接收经由热敏电阻200输出的采样电压，并根据采样电压输出目标放大信号。
运算放大器电路320可以是与热敏电阻200的第一端连接，用于接收经由热敏电阻输出的采样电压，并对采样电压进行比例放大处理，以使采样电压的幅值调节至目标值的组成单元。比例放大处理可以是对采样电压的幅值进行比例放大。目标放大信号可以是对采样电压进行比例放大后而生成的信号。
滤波单元340，与运算放大器电路320连接，用于接收目标放大信号，并根据目标放大信号，输出滤波后的目标滤波信号。
滤波单元340可以是与运算放大器电路320的输出端连接，用于对目标放大信号进行滤波处理，以滤除目标放大信号中的噪声信号的组成单元。滤波处理可以是对目标放大信号进行滤波，以滤除目标放大信号中的噪声信号。目标滤波信号可以是滤除目标放大信号中的噪声信号后而生成的信号。可选地，滤波单元340可以是电容电阻滤波器。
温度分析单元360，与滤波单元340连接，用于根据目标滤波信号，确定测量温度。
温度分析单元360，可以是与滤波单元340的输出端连接，用于接收目标滤波信号，并根据目标滤波信号进行温度分析，且确定待测温度的组成单元。温度分析可以是对目标滤波信号进行逻辑运算，并输出温度测量信号。温度测量信号可以是热敏电阻200对实际温度的测试值。可选地，温度分析单元360可以是微控制单元(MCU，Microcontroller Unit)。
本实施例中提供的温度测量电路，通过运算放大器电路320、滤波单元340及温度分析单元360的配合使用，可对微弱的采样电压进行放大、滤波处理，有效改善采样电压幅值较小导致的测量误差及噪声信号产生的干扰，进而提高温度测量的准确性。
图3，为一个实施例中电流源100的具体结构示意框图。
在本实施例中，如图3所示，该电流源100包括稳压单元120和电流调节单元140。
稳压单元120可以是通过电压接收端与供电电源的输出端连接，用于根据供电电压输出基准电压的组成单元。基准电压可以是幅值稳定的电压。
电流调节单元140，与稳压单元120连接，用于接收基准电压，并基于基准电压输出稳定电流。
电流调节单元140可以是与稳压单元120连接、并通过电流输出端分别与热敏电阻200及温度确定模块300连接，用于根据基准电压输出稳定电流的组成单元。稳定电流可以是幅值稳定的电流。
本实施例中提供的温度测量电路，通过稳压单元120和电流调节单元140的配合使用，可输出不同幅值的稳定电流，有效改善因电流波动产生的测量误差，有效提高温度测量准确性。
图4，为一个实施例中基于热敏电阻的温度测量电路的具体结构示意图。
在本实施例中，如图4所示，该基于热敏电阻的温度测量电路包括温度确定模块300，温度确定模块300包括运算放大器电路320、滤波单元340及温度分析单元360。
其中，运算放大器电路320包括第一电阻R1、第二电阻R2及运算放大器U，第一电阻R1的第一端与第一引线连接，第一电阻R1的第二端与运算放大器U的第一端连接，第二电阻R2的第一端与第二引线连接，第二电阻R2的第二端与运算放大器U的第二端连接。
可选地，运算放大器U的第一端和第二端，分别可以是运算放大器电路的同相输入端和反相输入端。
运算放大器电路320还包括第三电阻R3和第一电容C1，第三电阻R3的第一端与运算放大器U的第一端连接，运算放大器U的第三端接地，第三电阻R3的第二端与运算放大器U的第四端连接，第一电容C1的第一端与运算放大器U的第五端连接，第一电容C1的第二端接地。
可选地，第三电阻R3可以是贴片电阻；第一电容C1可以是贴片电容。运算放大器U的第三端、第四端及第五端，分别可以是运算放大器的接地端、输出端及正电源输入端。
滤波单元340包括第四电阻R4和第二电容C2，第四电阻R4的第一端与运算放大器电路320连接，第四电阻R4的第二端与第二电容C2的第一端连接，第二电容C2的第二端接地。
可选地，第四电阻R4可以是贴片电阻；第二电容C2可以是贴片电容。
继续参阅图4，该基于铂电阻的温度测量电路还包括恒流源100，恒流源100包括稳压单元120和电流调节单元140。
稳压单元120包括稳压源Q，稳压源Q的输入端与供电电源的输出端连接，稳压源Q的输出端与电流调节单140元连接。
稳压源Q可以是三端可调分流基准源；具体地，稳压源Q可以是TL431(1-OUTPUTTHREE TERM VOLTAGE REFERENCE)。
电流调节单元140包括第五电阻R5，第五电阻R5的第一端与稳压单元120连接，第五电阻R5的第二端与电流源的输出端连接。
第五电阻R5的第一端与稳压单元120连接的情形，可以是第五电阻R5的第一端与稳压源Q的输出端连接。可选地，第五电阻R5可以是贴片电阻。
举例地，稳压源Q为TL431，且TL431的基准电压为稳定的2.5V，将第五电阻R5设置为幅值为500欧姆、精度为0.1％且尺寸为0805的贴片电阻。此时电流源100输出的稳定电流为：I＝2.5V/500Ω＝5mA，由于第五电阻R5的阻值是固定的，且第五电阻R5具有高精度低温漂特性，则此时稳定电流I也是恒定的，同时稳定电流I不会受到温度影响或者受到温度影响可以忽略不计。
具体地，在对温度测量时，继续参阅图4，热敏电阻PT100的第一引线的输出端电压为V1，热敏电阻PT100的第二引线的输出端电压为V2，运算放大器电路320的反相输入端电压、同相输入端电压及输出端电压分别为V+、V-及Vo，热敏电阻PT100的阻值为Rp，热敏电阻PT100的第一引线和第二引线的电阻均为Rw。
若电流源100中的稳压源Q接收供电电源输出的供电电压，并输出基准电压，基准电压在稳压源Q的作用下，输出稳定电流I。则此时可得如下关系式：
V1＝I*(Rp+2Rw)
V2＝I*(Rp+Rw)
2*V2-V1＝I*Rp
(Vo-V-)/R3＝(V--V1)/R3
由运算放大器的虚短和虚断特性可知：V+＝V-，V+＝V2，所以V-＝V2；即Vo-V2＝V2-V1，所以2*V2-V1＝Vo；Vo＝I*Rp，Rp＝Vo/I。
综上可知，热敏电阻PT100的第一引线和第二引线的电阻Rw在计算过程中已经被完全抵除，因此我们可以精确地测量出实际温度。具体地，稳定电流I为已知量，Vo为通过采样计算的已知量，因此热敏电阻PT100阻值Rp可以计算出确定数值，然后根据热敏电阻PT100阻值Rp与实际温度对应表便可以知道当前实际温度。
在对温度测量时，电流源100中的稳压源Q接收供电电源输出的供电电压，并输出基准电压，基准电压在稳压源Q的作用下，输出稳定电流。热敏电阻200中的第一引线接收电流源100输出的稳定电流，还输出热敏电阻200的采样电压至温度确定模块300中的运算放大器电路320的反相输入端；第二引线仅输出热敏电阻200的采样电压至温度确定模块300中的同相输入端。温度确定模块300中的第一电阻R1及第二电阻R2接收经由热敏电阻200输出的采样电压；运算放大器U及第三电阻R3对采样电压的幅值进行比例放大，以使采样电压的幅值调节至目标值，并生成目标放大信号；第四电阻R4及第二电容C2对目标放大信号进行滤波处理，以滤波目标放大信号中的噪声信号。温度确定模块300中的温度分析单元360对目标放大信号进行逻辑运算，并输出温度测试值。上述的温度测量电路，热敏电阻200的第一引线与电流源100的电流输出端连接，热敏电阻200的第二端接地，实现由电流源100为热敏电阻200提供工作电流，运算放大器电路的反相输入端与热敏电阻200的第一引线连接，运算放大器电路的同相输入端与热敏电阻200的第二引线连接，使得运算放大器电路的反相输入端能接收到与热敏电阻200的阻值、第一引线的阻值以及前述工作电流相关的信号，以及使得运算放大器电路的同相输入端能接收到与热敏电阻200的阻值、第二引线的阻值以及前述工作电流相关的信号，由于运算放大器具有虚短和虚断特性，运算放大器电路输出的温度采样信号与第一引线的电阻和第二引线的电阻无关，基于温度采样信号得到的温度测量结果(即待测温度)也就与第一引线的电阻和第二引线的电阻无关，能消除热敏电阻200的引线电阻所引起的测量误差，能提高测量精度。
本申请还提供了一种温度采集装置，该温度采集装置包括上述实施例中的温度测量电路。
本申请还提供了一种加工设备，该加工设备包括上述实施例中的温度测量电路。其中，加工设备可以是激光加工设备。
上述温度测量电路中各个模块的划分仅用于举例说明，在其他实施例中，可将温度测量电路按照需要划分为不同的模块，以完成上述温度测量电路的全部或部分功能。
上述实施例提供的温度测量电路、温度采集板装置及加工设备，基于温度确定模块300中运算放大器电路的虚短和虚断特性，消除热敏电阻200引线电阻在温度测量过程中所引起的测量误差，并结合电流源100输出的稳定电流，实现对实际温度值的精准采样，进而满足温度测量精度需求，具有重要的经济价值和推广实践价值。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种温度测量电路，其特征在于，包括：
电流源；
热敏电阻，所述热敏电阻的第一端包括第一引线和第二引线，所述第一引线与所述电流源的电流输出端连接，所述热敏电阻的第二端接地；
温度确定模块，包括运算放大器电路，所述运算放大器电路的反相输入端与所述第一引线连接，所述运算放大器电路的同相输入端与所述第二引线连接，所述温度确定模块用于接收经由所述热敏电阻输出的信号并确定待测温度。
2.根据权利要求1所述的温度测量电路，其特征在于，所述运算放大器电路包括第一电阻、第二电阻及运算放大器，所述第一电阻的第一端与所述第一引线连接，所述第一电阻的第二端与所述运算放大器的第一端连接，所述第二电阻的第一端与所述第二引线连接，所述第二电阻的第二端与所述运算放大器的第二端连接。
3.根据权利要求2所述的温度测量电路，其特征在于，所述运算放大器电路还包括第三电阻和第一电容，所述第三电阻的第一端与所述运算放大器的第一端连接，所述运算放大器的第三端接地，所述第三电阻的第二端与所述运算放大器的第四端连接，所述第一电容的第一端与所述运算放大器的第五端连接，所述第一电容的第二端接地。
4.根据权利要求1至3任一项所述的温度测量电路，其特征在于，所述温度确定模块还包括：
滤波单元，与所述运算放大器电路连接，用于接收所述运算放大器电路输出的目标放大信号，并输出滤波后的目标滤波信号；
温度分析单元，与所述滤波单元连接，用于根据所述目标滤波信号，确定测量温度。
5.根据权利要求4所述的温度测量电路，其特征在于，所述滤波单元包括第四电阻和第二电容，所述第四电阻的第一端与所述运算放大器电路连接，所述第四电阻的第二端与所述第二电容的第一端连接，所述第二电容的第二端接地。
6.根据权利要求1所述的温度测量电路，其特征在于，所述电流源包括：
稳压单元；
电流调节单元，与所述稳压单元连接，用于接收所述稳压单元输出的基准电压，并输出稳定电流。
7.根据权利要求6所述的温度测量电路，其特征在于，所述稳压单元包括稳压源，所述稳压源的输入端与供电电源的输出端连接，所述稳压源的输出端与所述电流调节单元连接。
8.根据权利要求6所述的温度测量电路，其特征在于，所述电流调节单元包括第五电阻，所述第五电阻的第一端与所述稳压单元连接，所述第五电阻的第二端与所述电流源的输出端连接。
9.一种温度采集装置，其特征在于，包括：
如权利要求1至8任一项所述热敏电阻的温度测量电路。
10.一种加工设备，其特征在于，包括：
如权利要求1至8任一项所述温度测量电路。
Priority Applications (1)
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| CN202310902004.8A CN116972998A (zh) | 2023-07-20 | 2023-07-20 | 温度测量电路、温度采集装置及加工设备 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202310902004.8A CN116972998A (zh) | 2023-07-20 | 2023-07-20 | 温度测量电路、温度采集装置及加工设备 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| CN116972998A true CN116972998A (zh) | 2023-10-31 |
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| CN202310902004.8A Pending CN116972998A (zh) | 2023-07-20 | 2023-07-20 | 温度测量电路、温度采集装置及加工设备 |
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