CN201522341U - 一种高稳定性的热电阻温度测量电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种热电阻温度测量电路，属于温度检测仪表领域。包括热电阻接口电路、恒流源电路、基准电压源电路。该电路利用恒流源、电流负反馈和对称性设计技术，使该测量电路具有线性度高，结构简单，抗共模干扰能力强、温度稳定性高的特点。可应用于工业化工、冶金、酿造、制药、家电及机械制造等多种行业的温度测量。

Description

一种高稳定性的热电阻温度测量电路

技术领域

本实用新型涉及一种高稳定性的热电阻温度测量电路，属于温度检测仪表领域。

背景技术

热电阻温度测量电路是热电阻测温仪表的重要组成部分，它的性能高低直接影响着热电阻测温仪表的质量。在应用中热电阻温度测量电路还存在许多问题需要解决，例如，测量电路的非线性给温度测量带来的测量误差。针对这一问题，国内外许多公司进行了研究，给出了不同的解决方案，提高了测量电路的线性度。但发现这些电路还存在一些问题有待完善，例如测量电路的对称性差、结构较复杂，从而使测量电路抗共模干扰能力下降、电路稳定性低，当环境温度变化时，测温仪表产生温漂等。

发明内容

为解决现有技术中测量电路对称性差、结构较复杂的问题，本实用新型提供一种热电阻温度测量电路，它提高了热电阻温度测量电路抗共模干扰能力及温度稳定性。

本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是：双恒流源热电阻温度测量电路，包括热电阻接口电路、恒流源电路、基准电压源电路。其特征是：两个恒流源电路形式完全对称。

所述的热电阻接口电路包括接线端子1、接线端子2和接线端子3。其中三线制热电阻A端经过接线端子1连接到晶体管T1B、T2B的集电极，三线制热电阻B端经过接线端子2连接到电源Vcc，三线制热电阻C端经过接线端子3连接到调零电阻R0。

所述的恒流源电路包括左边的恒流源A和右边的恒流源B。恒流源A由三极管T1A、T2A、运算放大器IC1A及电流反馈电阻R1组成。恒流源B由三极管T1B、T2B、运算放大器IC1B及电流反馈电阻R2组成。

所述的基准电压源电路包括电压基准IC2和限流电阻R3。

与现有技术相比，本技术方案提高了热电阻温度测量电路的稳定性、抗共模干扰能力。能应用于工业化工、冶金、酿造、制药、家电及机械制造等多种行业的温度测量，具有很强的实用性。

附图说明

图1是本实用新型的热电阻温度测量电路图；

图2是本实用新型的热电阻温度测量电路的简化电路图。

具体实施方式

热电阻温度测量电路图如图1所示。其中Rt是热电阻传感器，端子1到端子A之间的虚线是热电阻传感器到测量电路之间连接导线，R0是调零电阻，R1、T1A、T2A、IC1A组成恒流源A，R2、T1B、T2B、IC1B组成恒流源B。

为了叙述清楚，将图1的热电阻温度测量电路简化，如图2所示，环境因素对恒流源稳定性的影响主要体现在温度的影响，当温度发生变化时，电阻的阻值、三极管的参数及运算放大器的参数都要发生变化，这些变化会使恒流源的电流发生变化，导致测量仪表测量精度下降。为了减小环境温度对测量电路的影响，应对测量电路中的元器件进行如下选择。

1、电流反馈电阻R1、R2的选取

从图2可以得出恒流源输出的电流

$I1=\frac{\mathrm{Ve}}{R2}+I3-\mathrm{Ib}---\left(1\right)$

从(1)式可以看出在恒流源电路中电流反馈电阻R2的温度稳定性对输出电流I1是有影响的，所以图1中的R1、R2可选择金属膜电阻，它们的温度系数较小，性能稳定，并且尽量使R1与R2一样，可以进一步减小对恒流源热稳定性的影响。

2、三极管的选取

从(1)式可以得出恒流源的电流I1：

$I1=(\frac{\mathrm{Ve}}{R2}+I3)/(1+\frac{1}{\mathrm{\β}})---\left(2\right)$

从(2)式可以看出，当β＞＞1时，(2)式可以简化为：

$I1=\frac{\mathrm{Ve}}{R2}+I3---\left(3\right)$

从(3)式可以看出恒流源输出电流I1与三极管的参数无关，从而排除了三极管温度稳定性对恒流源稳定性的影响。采用复合管可以满足β＞＞1的条件，如图1所示。

3、运算放大器的选取

运算放大器对恒流源稳定性的影响主要体现在输入失调电压、输入失调电流和输入偏置电流方面。应选择输入失调电压＜30μV、失调电压漂移＜1.0μV/℃、输入失调电流＜2.0nA、失调电流漂移＜30pA/℃、输入偏置电流＜5nA、开环电压增益＞100dB的运算放大器。

由于该测量电路的运算放大器的输出为(1～2)V，所以差模输入电压＜(10～20)μV；又因运算放大器的输入失调电压、输入失调电流、输入偏置电流都非常小，所以两个输入端可以视为“虚短路”。因此图2中Ve与基准电压Vref有如下关系：

Ve＝Vref                    (4)

又因为运算放大器的输入偏置电流I3(＜5nA)与I2(≥1mA)相比可以忽略。所以(3)式可以写成：

$I1=\frac{\mathrm{Vref}}{R2}---\left(5\right)$

由(5)式可见恒流源输出电流I1的稳定性只与基准电压Vref和电流反馈电阻R2的稳定性有关，而与其它元器件无关。经实际应用恒流源输出电流I1的温度稳定性很好。

综上所述，本实用新型的热电阻温度测量电路中，电流反馈电阻R2和基准电压源IC2的热稳定性起着关键的作用，在实际应用中可根据测温仪表的技术指标高低，适当选取测量电路中各元器件，就能够保证测量电路的热稳定性。

从图1可以看出本实用新型的热电阻温度测量电路是完全对称的，具有较强的抗共模干扰能力。

Claims (4)

1.一种热电阻温度测量电路，其特征是：包括热电阻接口电路、恒流源电路、基准电压源电路和三线制热电阻Rt，所述的热电阻接口电路包括：接线端子(1)、接线端子(2)和接线端子(3)，其中三线制热电阻(A)端经过接线端子(1)连接到晶体管T1B、T2B的集电极，三线制热电阻(B)端经过接线端子(2)连接到电源Vcc，三线制热电阻(C)端经过接线端子(3)连接到调零电阻R0，所述的恒流源电路包括左边的恒流源A和右边的恒流源B，恒流源A由三极管T1A、T2A、运算放大器IC1A及电流反馈电阻R1组成，恒流源B由三极管T1B、T2B、运算放大器IC1B及电流反馈电阻R2组成，所述的基准电压源电路包括电压基准IC2和限流电阻R3。

2.如权利要求1所述热电阻温度测量电路，其特征在于基准电压Vref同时连接到两个运算放大器IC1A和IC1B的正输入端。

3.如权利要求1所述热电阻温度测量电路，其特征在于来自R1和R2的电流反馈信号分别传送到两个运算放大器IC1A和IC1B的负输入端。

4.如权利要求1所述热电阻温度测量电路，其特征在于恒流源电路中的三极管采用了复合管形式。

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