CN202204616U

CN202204616U - 采用多路pt100热敏电阻作为温度传感器的切换检测电路

Info

Publication number: CN202204616U
Application number: CN2011203629271U
Authority: CN
Inventors: 杨欣; 刘守宁; 李津宁
Original assignee: Tianjin Chengke Automation Engineering & Technology Co Ltd
Current assignee: Tianjin Chengke Automation Engineering & Technology Co Ltd
Priority date: 2011-09-26
Filing date: 2011-09-26
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2021-09-26

Abstract

本实用新型涉及一种采用多路PT100热敏电阻作为温度传感器的切换检测电路，所述电路包括一个低温漂恒流源、两个8通道电子切换开关，一个高精密基准电压源以及一个轨对轨双路高精密运放；所述电路以PT100热敏电阻作为温度传感器测温，恒流源输出的电流流过PT100，使其两端产生能够随温度改变而呈线性变化的电压信号，两个电子切换开关用于切换8个PT100在该电路中的接入和检测，基准电压源和运放用于输出电压信号的调整。该电路使用简单的电子切换开关进行切换，实现8路PT100检测，相比传统的PT100检测电路，具有能大量节约电子元器件和缩小电路板面积的优点，并且降低功耗，运行稳定可靠，应用效果非常显著。

Description

采用多路PT100热敏电阻作为温度传感器的切换检测电路

技术领域

本实用新型涉及一种温度检测电路，特别涉及一种采用多路PT100热敏电阻作为温度传感器的切换检测电路。

背景技术

目前，在电厂、水泥厂、钢厂、矿山以及沿海码头，长期运行的电机和轴承等设备经常会出现超温过热故障，严重时还可能造成整个设备的损坏，甚至导致人身事故的发生；所以必须实时检测这些设备的温度，高温时报警或者停机，以防止设备损坏。传统检测方法是电机或轴承厂家在其应用的设备上预埋多个PT100热敏电阻，然后使用PT100作为温度传感器，连接到其它监控设备生产厂家出产的专用温度检测仪上读取PT100温度。

传统的检测PT100仪器的电路原理主要是：PT100的阻值随温度呈线性变化，使用恒流源产生的低温漂恒定值电流流过PT100，其两端电压亦呈线性，经过放大电路调整电压信号后，用ADC转换其电压值为数字值，再使用MCU读取该数值，经过运算后得出其所测点温度值。但这种检测电路存在一个很大缺点，就是一套检测电路只能检测一个PT100热敏电阻，若一台电机预埋多个PT100以检测不同位置的温度，则与之相对应的需要安装同样数量的检测仪器，或者检测仪器中内置同样数量的检测电路，造成检测仪的高投入、低效率；且操作复杂，可靠性欠佳。

因此，提供一种结构简单，设计合理，操作简便，性能可靠，实用效果显著的采用多路PT100热敏电阻作为温度传感器的切换检测电路，成为该领域技术人员急待着手解决的问题之一。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述不足之处，提供一种结构简单、设计合理、性能可靠、操作简便、有效提高工作效率的采用多路PT100热敏电阻作为温度传感器的切换检测电路。

换言之，本实用新型所要解决的技术问题是为需要多点PT100温度检测的设备提供一种利用率高、投入成本低、运行稳定可靠的多路PT100检测采样电路。

为实现上述目的本实用新型所采用的技术方案是：一种采用多路PT100热敏电阻作为温度传感器的切换检测电路，其特征在于所述电路包括一个低温漂恒流源、两个8通道电子切换开关、一个高精密基准电压源和一个轨对轨双路低温漂高精密运放及以其为核心组成的两级电压信号放大调整运放电路；

并设有8个作为温度传感器测温的PT100热敏电阻与低温漂恒流源电路输出端连接；

所述低温漂恒流源电路使用恒压源、三极管及匹配电阻搭建，并连接一个电子切换开关的公共点，该电子切换开关8个通道对应连接8路PT100热敏电阻；并使用另一电子切换开关的8个通道对应连接8个PT100的电压采样点，其公共端连接运放，输出端外接模拟/数字信号转换器；所述精密基准电压源连接运放。

所述两个8通道电子切换开关，其中一个电子切换开关的公共点连接恒流源的输出，其8个通道作为恒定电流输出端连接8路PT100热敏电阻，热敏电阻另一端接电源负极；并使用另一电子切换开关的8个通道作为输入端连接此8个PT100的电压信号采样点，其公共端输出电压信号连接运放电路。

所述电子切换开关采用8通道或按倍数关系扩展，且对应扩展设置PT100热敏电阻。

本实用新型的有益效果是：本实用新型可连接测量多达8路或更多的PT100热敏电阻，使用DC5V即可正常稳定工作，工作电流小于15mA，节能低功耗；本实用新型电路可外接单片机、ARM等可编程器件，切换8路PT100的连接通道，并通过调整运放电路、读取外部ADC数值，并进行计算后得出8个点所测的温度数值。该电路使用简单的电子切换开关进行切换，实现8路或更多的PT100检测，相比传统的PT100检测电路，具有能够大量节约电子元器件和缩小电路板面积的优点；其结构简单，设计合理，操作简便，并且降低功耗，运行稳定可靠，应用效果非常显著。

附图说明

图1是本实用新型电路框图；

图2是本实用新型电路原理图；

图3是本实用新型通道切换电路部分等效电阻电路图；

图中：

U1、U2为8通道电子切换开关，U3A为一级运放电路、U3B二级运放电路，U4电压源和Q1三极管组成恒流源，U5为基准电压源；

J1为供电和控制信号输入、电压信号输出接口；

P6、P7为8路PT100接入接口；

R1、R2为电流源输出电流调整匹配电阻；

R3、R4为第一级运放电路的电压信号倍数放大匹配电阻；

R5、R6、R7、R8为第二级运放电路的电压信号调零输出匹配电阻；

R9为运放电路电压信号输出的限流电阻；

C1、C2、C3、E1分别为U1、U2、U3、U5的退耦电容；

C4为运放电路输出电压信号的滤波电容；

U1R、U2R为两个电子切换开关通道等效内阻。

具体实施方式

以下结合附图和较佳实施例，对依据本实用新型提供的具体实施方式、结构、

特征详述如下：

如图1-图3所示，一种采用多路PT100热敏电阻作为温度传感器的切换检测电路，该电路包括一个低温漂恒流源电路、两个8通道电子切换开关集成电路（以下简称电子切换开关），一个高精密（输出误差≤0.2%）基准电压源集成电路，以及一个轨对轨双路低温漂（温度系数≤0.5uV/℃）运算放大器集成电路（以下简称运放）及以其为核心组成的两级电压信号放大调整运放电路。

并设有8个作为温度传感器测温的PT100热敏电阻与低温漂恒流源电路输出端连接，恒流源输出的电流流过PT100热敏电阻，使其两端产生能够随温度改变而呈线性变化的电压信号，所述两个8通道电子切换开关用于切换8个PT100热敏电阻在该电路中的接入和检测，基准电压源和运放电路用于电压信号的调整输出。

所述低温漂恒流源电路使用恒压源、三极管及匹配电阻搭建，并连接一个电子切换开关的公共点，该电子切换开关8个通道对应连接8路PT100热敏电阻；并使用另一电子切换开关的8个通道对应连接8个PT100的电压采样点，其公共端连接运放，输出端外接自选ADC（模拟/数字信号转换器）；精密基准电压源连接运放。

所述低温漂恒流源电路使用恒压源、三极管及匹配电阻搭建，并连接一个电子切换开关的公共点，为接入电路的PT100热敏电阻提供测温用恒定电流；所述电路仅使用一套恒流源电路进行检测，可大大简化检测电路设计元件数量和功耗。

所述的两个电子切换开关，其中一个电子切换开关的公共点连接恒流源的输出，其8个通道作为恒定电流输出端连接8路PT100热敏电阻，热敏电阻另一端接电源负极；并使用另一电子切换开关的8个通道作为输入端连接此8个PT100的电压信号采样点，其公共端输出电压信号连接运放电路；本实用新型电路可外接单片机、ARM等可编程器件，连接两个电子切换开关的通道选择输入引脚，并输入TTL电平控制信号，可将任一PT100热敏电阻切换接入该电路进行检测，无检测顺序限制；切换8路PT100的连接通道，并通过调整运放电路、读取外部ADC数值。

另一电子切换开关的公共端输出电压信号接入所述的运放电路；电子切换开关的公共端首先连接第一级运放电路的输入端，将电压信号进行放大，第一级运放电路输出连接第二级运放电路输入，将电压信号进行调零；精密基准电压源的输出端连接第二级运放电路另一输入端提供调零电压信号；第二级运放电路输出端可外接自选ADC（模拟/数字信号转换器）；进行电压信号采集；可通过调整第一级运放电路的匹配电阻来调整输出电压信号放大倍数，可通过调整第二级运放电路的精密基准电压源的输出电压信号来调整输出电压信号的调零基准，即可通过双路运放电路调整输出电压信号范围，以适应不同的测温范围和ADC基准电压。

所述电路可按照相同的电路原理进行扩展，可通过更换具有更多通道数的电子切换开关（例如16通道电子切换开关或更多倍数），实现切换接入和检测相应更多数量的PT100热敏电阻。

下面结合电路原理图对本实用新型做进一步描述：

（1）外接电路可使用供电和控制信号输入、电压信号输出接口J1为该多路PT100检测电路供电，供电电压DC5V，供电电流>15mA，所述供电和控制信号输入、电压信号输出接口J1上的外接点ADC为最终输出经调整后的PT100电压信号，可接模数转换器采样；外接点CODE0~CODE2为外部电路控制信号线，可使用单片机或ARM的GPIO输出模式连接，来控制该检测电路的多路PT100接入点进行切换，选择逻辑如表1所示：

表1

CODE2电平	CODE1电平	CODE0电平	接入PT100编号
				L	L	L	PT100-1
L	L	H	PT100-2
				L	H	L	PT100-3
L	H	H	PT100-4
				H	L	L	PT100-5
H	L	H	PT100-6
				H	H	L	PT100-7
H	H	H	PT100-8

所述8路PT100接入接口P6和P7为8路PT100的接入点。

（2）由于电流源元器件的输出一般受环境温度影响较大，不能满足测温的使用要求，所以恒流源电路使用低温漂的基准电压源、三极管及匹配电阻进行搭建，不仅降低温漂，并能够降低成本；此恒流源U4选用带反馈的基准电压源LM285-ADJ，三极管Q1使用2N3906放大电流，匹配电阻R1和R2分别为1.2 KΩ和120KΩ，此恒流源的输出电流计算公式为IOUT=1.24V/R1，实际输出电流约为1.03mA。

（3）由于电子切换开关芯片的各个内部通道与其公共端之间存在一定内阻，且从几十欧至一百多欧不定，如果直接测量公共端电压，会计入其内阻两端电压，造成同样条件下电压值离散过大，所以不能直接使用；该检测电路采用双路8通道电子切换开关切换，直接测量PT100两端电压（其内阻和PT100连接等效电路如图3所示，U1R和U2R分别为两个电子切换开关通道内阻，Iin为电流源输入，Vout为电压输出信号），避免上述问题。两个电子切换开关U1和U2选用74HC4051，使用同样的编码定义，输出和输入通道编号一一对应，这样只要使用三根选择线就能够选择相同的通道，完成操作。

（4）PT100的采样电压信号由U2公共端X输出后，进入双路轨对轨运放调整电路对此信号进行调整，以适用外部电路中的ADC转换；由于该电路为DC5V供电，为使输出电压信号尽量覆盖满量程，所以选用高精密轨对轨双路运放（U3），型号为TLV2252；第一级运放U3A做乘法放大电路，将电压信号放大为输入端的21倍，计算公式为VOUT=VIN*(R4/R3+1)；第二级运放U3B做减法电路，用于调零操作，计算公式为VOUT=VIN+-VIN-，为适用0℃时的PT100输出电压调零，而选用基准电压为2.048V的REF3020基准电压器件（U5），这样在0℃时该电路的输出电压为1.03mA*100Ω*21-2.048V=0.115V，以尽量接近0V；300℃时的输出电压为1.03mA*212Ω*21-2.048V=2.54V，适用于基准电压为2.56V的ADC采样；如果需要测更低的温度或者换用其他ADC的基准电压，则可将该运放电路的基准电压器件（U5）和放大倍数（即R3、R4）做相应调整；

如图2所示，所述两级运放电路中，R3连接第一级运放U3A的正输入端和电源负极，R4连接U3A的负输入端和输出端，R5连接第一级运放U3A的输出端和第二级运放U3B的正输入端，R6连接U3B的正输入端和电源负极，R7连接基准电压源U5的输出端和U3B的负输入端，R8连接U3B的负输入端和输出端，R9连接U3B的输出端和外接自选ADC，C4连接外接自选ADC和电源负极。

（5）该检测电路的输出电压可使用独立ADC或单片机ARM的内部ADC直接采样检测，经过计算后便可得到PT100所测点的温度数值；使用单片机或ARM的GIPO对选择线进行直接操作选择转换通道，来切换接入电路的PT100热敏电阻；如果需要测量更多数量的PT100，则只要按该原理通过扩展电子切换开关TLV2252的数量便可实现。

上述参照实施例对该采用多路PT100热敏电阻作为温度传感器的切换检测电路进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的；因此在不脱离本实用新型总体构思下的变化和修改，应属本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种采用多路PT100热敏电阻作为温度传感器的切换检测电路，其特征在于所述电路包括一个低温漂恒流源、两个8通道电子切换开关、一个高精密基准电压源和一个轨对轨双路低温漂高精密运放及以其为核心组成的两级电压信号放大调整运放电路；

2.根据权利要求1所述的采用多路PT100热敏电阻作为温度传感器的切换检测电路，其特征在于所述两个8通道电子切换开关，其中一个电子切换开关的公共点连接恒流源的输出，其8个通道作为恒定电流输出端连接8路PT100热敏电阻，热敏电阻另一端接电源负极；并使用另一电子切换开关的8个通道作为输入端连接此8个PT100的电压信号采样点，其公共端输出电压信号连接运放电路。

3.根据权利要求1所述的采用多路PT100热敏电阻作为温度传感器的切换检测电路，其特征在于所述电子切换开关采用8通道或按倍数关系扩展，且对应扩展设置PT100热敏电阻。