CN202033125U

CN202033125U - 一种应用于热量表的低成本高精度测温电路

Info

Publication number: CN202033125U
Application number: CN2011200571866U
Authority: CN
Inventors: 祝向辉; 陈秋煌; 贾灵; 雷俊勇; 朱新里
Original assignee: LIERDA SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Lierda Science & Technology Group Co., Ltd.
Priority date: 2011-03-07
Filing date: 2011-03-07
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2021-03-07

Abstract

本实用新型涉及一种应用于热量表的低成本高精度测温电路，包括热敏电阻R、标准电阻R1、电容C、比较器U1、第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3及微控制器U2、计时器U3，热敏电阻R、标准电阻R1及电容C均和比较器U1的同相输入端相连，热敏电阻R的另一端经第一开关K1和微控制器U2的第二输出端P2相连，标准电阻R1的另一端经第二开关K2和微控制器U2的第一输出端P1相连，电容C的另一端接地，比较器U1的反相输入端经第三开关K3和电压V1、电压V2相连，比较器U1的输出端和微控制器U2的输入端相连，微控制器U2的信号传输端和计时器U3的信号传输端相连。本实用新型电路简单，成本较低，测温精度高。

Description

一种应用于热量表的低成本高精度测温电路

技术领域

本实用新型涉及一种测温电路，尤其涉及一种电路简单、成本低、测温精度高的应用于热量表的低成本高精度测温电路。

背景技术

热量表是一种用于测量及显示水流经热交换系统所释放或吸收热能量的仪表，广泛应用于我国北方的供热计量。热量表工作时，根据流量传感器给出的流量和温度传感器给出的供回水温度信号以及水流经的时间，计算并显示系统所释放或吸收的热能量。

热量表按其主要功能可分为两大模块：测温模块和流量测量模块。只有这两个模块的计量误差均满足要求时，热量表的热能量计量准确度才能得到保证，因此，在热量表中，高精度的测温电路显得至关重要。

测温模块一般包含有温度传感器和计算单元，热量表中通常采用铂电阻传感器作为温度传感器，铂电阻传感器的电阻值会随着温度的变化而变化，且二者一般呈线性关系，因此根据铂电阻传感器的电阻值的变化就能推算出温度值的变化。目前，大部分测温电路采用直接采集热敏电阻的阻值，通过小信号放大电路，再经微控制器的计算和处理，获得相对应的温度值。这种测温电路温度测量精度不够高，不能满足热量表高精度的要求，而且电路较复杂，成本较高。

发明内容

本实用新型主要解决原有测温电路测量精度不够高，不能满足热量表高精度的要求，而且电路较复杂，成本较高的技术问题；提供一种应用于热量表的低成本高精度测温电路，其测温精度高，而且电路简单、实现方便，成本也较低。

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本实用新型包括热敏电阻R、标准电阻R1、电容C、比较器U1、第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3及微控制器U2、计时器U3，热敏电阻R的一端、标准电阻R1的一端及电容C的一端并接后和比较器U1的同相输入端相连，热敏电阻R的另一端经第一开关K1和微控制器U2的第二输出端P2相连，标准电阻R1的另一端经第二开关K2和微控制器U2的第一输出端P1相连，电容C的另一端接地，比较器U1的反相输入端经第三开关K3和电压V1、电压V2相连，比较器U1的输出端和所述的微控制器U2的输入端相连，微控制器U2的信号传输端和所述的计时器U3的信号传输端相连。第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3根据测温过程中各阶段的需要可以处于导通状态或断开状态，比较器U1的反相输入端通过第三开关K3可以根据需要选择性地接通电压V1或电压V2。经过标准电阻R1对电容C进行充电。电容C经过标准电阻R1放电，并由电压V1放电至电压V2，由计时器U3记下放电时间T1；电容C经过热敏电阻R放电，并由电压V1放电至电压V2，由计时器记下放电时间T2。由于放电时间与放电电阻成正比关系，因此根据电容充放电计算时间公式，可由放电时间以及标准电阻阻值计算出热敏电阻的阻值，从而最终推算出温度值。热量表根据该温度值以及流量值、水流经时间，最后获得高精度的热能量。本实用新型不需要采用小信号放大电路，电路简单、实现方便、成本也较低，而且测温精度高，满足热量表高精度的要求。

作为优选，所述的第三开关K3有三个选择导通的触点，第一触点和电压V1相连、第二触点悬空、第三触点和电压V2相连。使得比较器U1的反相输入端有三个工作状态：要么悬空，也就是既不和电压V1相连也不和电压V2相连；要么和电压V1相连；要么和电压V2相连。有利于对电容C的充放电的控制，便于测温过程的实现。

作为优选，所述的电压V1大于电压V2。电容C放电时，由电压V1放电到电压V2。

作为优选，所述的第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3均为电子开关，第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3的控制端分别和所述的微控制器U2的控制信号输出端相连。第一开关K1、第二开关K2及第三开关K3的导通和断开通过微控制器控制，实现更加方便，自动化程度高。

作为优选，所述的比较器U1、微控制器U2、计时器U3及第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3集成于一块单片机内，所述的单片机采用MSP430单片机。电压V1及电压V2也是单片机内部可以通过程序设定的电压值。这么多部件通过一块单片机就能实现，电路简单、实现方便，性能稳定，测温精度高，成本也较低。

作为优选，所述的热敏电阻R采用铂电阻传感器，所述的标准电阻R1采用低温漂高精度电阻。

本实用新型的有益效果是：通过采集经标准电阻、热敏电阻对电容充放电的时间，计算出热敏电阻的阻值，从而最终推算出温度值，实现测温精度高、满足热量表高精度要求的目的。而且本实用新型不需要采用小信号放大电路，并且比较器、微控制器和计时器通常集成于一块单片机中，因此本实用新型电路简单、实现方便、成本也较低。

附图说明

图1是本实用新型的一种电路结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：本实施例的一种应用于热量表的低成本高精度测温电路，如图1所示，包括热敏电阻R、标准电阻R1、电容C、比较器U1、第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3及微控制器U2、计时器U3。热敏电阻R的一端、标准电阻R1的一端及电容C的一端并接后和比较器U1的同相输入端相连，热敏电阻R的另一端经第一开关K1和微控制器U2的第二输出端P2相连，标准电阻R1的另一端经第二开关K2和微控制器U2的第一输出端P1相连，电容C的另一端接地，比较器U1的反相输入端和第三开关K3的公共端相连，第三开关K3有三个选择导通的触点，第一触点和电压V1相连、第二触点悬空、第三触点和电压V2相连，电压V1大于电压V2，比较器U1的输出端和微控制器U2的输入端相连，微控制器U2的信号传输端和计时器U3的信号传输端相连。第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3均为电子开关，第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3的控制端分别和微控制器U2的控制信号输出端相连。本实施例中，热敏电阻R采用铂电阻传感器，标准电阻R1采用低温漂高精度电阻。

工作过程：

1.初始时，受微控制器U2的控制，第一开关K1、第二开关K2均断开，第三开关K3既不和电压V1相连，也不和电压V2相连。

2.在微控制器U2的控制下，第二开关K2闭合，微控制器的第一输出端P1输出低电平，第三开关K3与电压V1相连，此时比较器U1反相输入端的电压Vref等于电压V1，比较器U1的输出端的电压Vout为低电平。

3.接着，微控制器的第一输出端P1输出高电平，此时电容C处于充电的状态，直至比较器U1的同相输入端的电压Vin大于反相输入端的电压Vref，此时比较器U1输出高电平，微控制器U2接收到比较器U1输出的高电平后，控制计时器U3开始计时，此时将第三开关K3与电压V2相连，同时第一输出端P1输出低电平。

4.微控制器的第一输出端P1输出低电平后，电容C处于放电状态，直至比较器U1的同相输入端电压Vin小于反相输入端电压Vref，此时比较器U1的输出端电压Vout输出低电平，微控制器U2控制计时器U3结束计时，记录下所花费的时间为T1。此时将第三开关K3与电压V1相连，同时微控制器的第一输出端P1输出高电平。

5.微控制器的第一输出端P1输出高电平后，电容C处于充电状态，直至比较器U1的同相输入端电压Vin大于反相输入端电压Vref，此时比较器U1的输出端电压Vout输出高电平，微控制器U2控制计时器U3开始计时，此时将第三开关K3与电压V2相连，第二开关K2断开，第一开关K1闭合，同时微控制器的第二输出端P2输出低电平。

6.微控制器的第二输出端P2输出低电平后，电容C处于放电状态，直至比较器U1的同相输入端电压Vin小于反相输入端的电压Vref，此时比较器U1输出低电平，微控制器U2控制计时器U3结束计时，记录下所花费的时间为T2。

7.将第一开关K1与第二开关K2均断开，第三开关K3既不和电压V1相连，也不和电压V2相连。测量过程结束。

根据电容充放电计算时间公式：

（1）

其中：R为电阻值，C为电容值，V1为电容最终可充到或放到的电压值，V0为电容上的初始电压，Vt为t时刻电容上的电压值，t为时间。

根据公式（1），结合本实施例则有：

（2）

其中：T1为电容C经标准电阻R1放电并且从电压V1放电至电压V2所耗费的时间，R1为标准电阻R1的阻值，C为电容C的电容值，V1为电容C上的初始电压值，即电压V1，V2为放电T1时间后电容C上的电压值，即电压V2。

（3）

其中：T2为电容经热敏电阻R放电并且从电压V1放电至电压V2所耗费的时间，R为热敏电阻R的阻值，C为电容C的电容值，V1为电容C上的初始电压值，即电压V1，V2为放电T1时间后电容C上的电压值，即电压V2。

由式（2）、（3）可得：

（4）

由式（4）可计算出热敏电阻R的电阻值，从而最终推算出温度值。

在热量表中，流量值及水流经时间也都可以输送给微控制器U2，最后由微控制器U2结合温度值、流量值及水流经时间计算出热量值。

实施例2：本实施例的一种应用于热量表的低成本高精度测温电路，比较器U1、微控制器U2、计时器U3及第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3集成于一块单片机内，该单片机采用MSP430单片机，电压V1及电压V2也是该单片机内部可以通过程序设定的两个电压值。此时，第一开关K1、第二开关K2及第三开关K3其实是单片机的不同输出引脚，通过单片机内部的程序控制这些引脚的输出信号，相当于实现了导通、断开及连通电压V1、电压V2的工作状态。其余结构和实施例1相同。

本实用新型不需要采用小信号放大电路，并且比较器、微控制器和计时器通常集成于一块单片机中，因此电路简单、实现方便、成本低。而且本实用新型测温精度高，满足热量表高精度的要求。

Claims

1.一种应用于热量表的低成本高精度测温电路，其特征在于包括热敏电阻R、标准电阻R1、电容C、比较器U1、第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3及微控制器U2、计时器U3，热敏电阻R的一端、标准电阻R1的一端及电容C的一端并接后和比较器U1的同相输入端相连，热敏电阻R的另一端经第一开关K1和微控制器U2的第二输出端P2相连，标准电阻R1的另一端经第二开关K2和微控制器U2的第一输出端P1相连，电容C的另一端接地，比较器U1的反相输入端经第三开关K3和电压V1、电压V2相连，比较器U1的输出端和所述的微控制器U2的输入端相连，微控制器U2的信号传输端和所述的计时器U3的信号传输端相连。

2.根据权利要求1所述的一种应用于热量表的低成本高精度测温电路，其特征在于所述的第三开关K3有三个选择导通的触点，第一触点和电压V1相连、第二触点悬空、第三触点和电压V2相连。

3.根据权利要求1所述的一种应用于热量表的低成本高精度测温电路，其特征在于所述的电压V1大于电压V2。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种应用于热量表的低成本高精度测温电路，其特征在于所述的第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3均为电子开关，第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3的控制端分别和所述的微控制器U2的控制信号输出端相连。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种应用于热量表的低成本高精度测温电路，其特征在于所述的比较器U1、微控制器U2、计时器U3及第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3集成于一块单片机内，所述的单片机采用MSP430单片机。

6.根据权利要求4所述的一种应用于热量表的低成本高精度测温电路，其特征在于所述的比较器U1、微控制器U2、计时器U3及第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3集成于一块单片机内，所述的单片机采用MSP430单片机。

7.根据权利要求1或2或3所述的一种应用于热量表的低成本高精度测温电路，其特征在于所述的热敏电阻R采用铂电阻传感器，所述的标准电阻R1采用低温漂高精度电阻。