CN202648827U - 测温电路、温度采集系统、变频器及温度变送器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种测温电路、温度采集系统、变频器及温度变送器，其中，该测温电路包括：将电阻信号转化为电信号的电桥测量电路、对所述电信号进行处理和非线性补偿的信号处理电路、输出方式可选的电流源输出电路；其中，所述电桥测量电路、所述信号处理电路、所述电流源输出电路顺次连接。此外，本实用新型还提出了一种设置有上述测温电路的温度采集系统、变频器及温度变送器。因此，本实用新型测温电路便于实现、信号的线性度好且成本低廉，能够适应小型化和集成化的需求。

Description

测温电路、温度采集系统、变频器及温度变送器

技术领域

本实用新型涉及电气控制领域，特别涉及一种测温电路、温度采集系统、变频器及温度变送器。

背景技术

在现代工业设备中，铂电阻作为温度测量元件，被广泛应用于煤矿、冶金、化工等行业。随着现代工业的发展，铂电阻测温电路虽然也被大量的应用于各种工业设备上。

然而，由于工业设备越来越趋于小型化、集成化，因此，现有的铂电阻测温电路如桥式测量电路的温度与测量值呈非线性关系，采样值的后续处理比较复杂。而且，现有的测温电路在实现上较为复杂，所需元器件较多，并不适应小型化和集成化的需求，而且其实现成本也较高。

实用新型内容

本实用新型旨在提出一种测温电路，能够消除测量电路的非线性问题。并且，本实用新型还提出一种温度采集系统、变频器及温度变送器，同样能够消除测量电路的非线性问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

根据本实用新型的一个方面提出一种测温电路，该测温电路包括：将电阻信号转化为电信号的电桥测量电路、对所述电信号进行处理和非线性补偿的信号处理电路、输出方式可选的电流源输出电路；其中，所述电桥测量电路、所述信号处理电路、所述电流源输出电路顺次连接。

优选的是，上述测温电路中，所述电桥测量电路设置有：由热电阻和第一电阻构成的第一桥臂；由第二电阻和用于调节测温零点的可调第三电阻构成的第二桥臂；其中，所述热电阻和第一电阻的交点为所述电桥测量电路的第一输出端，所述第二电阻和可调第三电阻的交点为所述电桥测量电路的第二输出端。

优选的是，上述测温电路中，所述信号处理电路设置有运算放大器、三极管、第四电阻、第五电阻、第六电阻、可调第七电阻、第八电阻、第一电容及第二电容；其中：所述运算放大器正相输入端与所述第一输出端之间连接第四电阻；所述运算放大器反相输入端与所述第二输出端之间连接第五电阻；其中，所述运算放大器的正相输入端通过并联的第六电阻与第一电容接地；所述运算放大器的输出端连接三极管的基极，所述三极管的发射极通过并联的可调第七电阻和第二电容连接所述运算放大器的反相输入端，并且所述三极管的发射极与所述第一输出端之间连接第八电阻，形正反馈以校正电路非线性。

优选的是，上述测温电路中，所述电流源输出电路设置有调节输出带电流大小的第九电阻；其中，所述三极管的发射极通过第九电阻接地，所述电流源输出电路的输出为电流信号。

优选的是，上述测温电路中，所述电流源输出电路还设置有调整输出方式的第十电阻和调节电源；其中，所述三级管的发射极与所述调节电源之间连接第十电阻，所述电流源输出电路的输出为第十电阻的两端电压。

优选的是，上述测温电路中，所述热电阻为三线制热电阻，所述三线制热电阻具有一个非公共端和两个公共端；其中，所述第一电阻的一端与所述三线制热电阻的非公共端连接；所述可调第三电阻的一端与所述三线制热电阻的公共端连接；所述三线制热电阻的另一个公共端接地。

优选的是，上述测温电路中，所述第一电阻的另一端连接所述第二电阻一端，所第二电阻的另一端连接所述可调第三电阻另一端；所述第一电阻与第二电阻相连接的一端连接测量基准源；其中，由所述三线制热电阻、所述第一电阻、所述第二电阻、所述可调第三电阻、所述运算放大器的类型确定所述测量基准源的值。

根据本实用新型的再一方面提出一种温度采集系统，该温度采集系统设置有上述的测温电路。

根据本实用新型的另一方面提出一种变频器，该变频器设置有上述的测温电路。

根据本实用新型的又一方面提出一种温度变送器，该温度变送器设置有上述的测温电路。

针对相关技术中测温电路的温度与测量值呈非线性的问题，本实用新型提供一种测温电路及使用该测温电路的装置，如设置有所述测温电路温度采集系统、变频器、温度变送器等。本实用新型提出的测温电路具有如下优势：

本实用新型测温电路中的电桥测量电路结合信号处理电路，不仅提高测量精度，还能够通过引入正反馈技术来矫正非线性，从而消除电路的输出信号与测量信号之间存在非线性关系。值得一提的是，在实际测量的过程中，能够使测量的温度精度在0.5℃以下。因此，本实用新型不仅便于实现，而且能够通过合理运用正反馈技术消除电路中的非线性，实现信号的线性度好，且测量精度高。

进一步来讲，本实用新型测温电路通过搭建输出方式可选的电流源输出电路，为使用者提供了两种可选的输出信号形式——电流输出或电压输出。

更进一步来讲，本实用新型测温电路采用价格低廉的元器件来实现，而且所采用的元器件较少，降低电路复杂性及制造成本。并且，本实用新型测温电路能够获得优良的测量结果，在工业产品设计及配套生产过程中，具有很强的实用性。本实用新型测温电路可用作为各种设备的温度采集电路前级使用，也可以作为测温电路单独适用。

由此可见，与本领域的相关技术中实现复杂、所需元器件较多的测温电路相比，本实用新型测温电路便于实现、信号的线性度好且成本低廉，能够适应小型化和集成化的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关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实用新型的一些实施例，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为本实用新型测温电路实施例的结构框图；

图2为本实用新型测温电路实施例的原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

本实用新型的基本思想在于：针对相关技术中温度与测量值呈非线性的问题，搭建一种新型的测温电路，从而通过引入正反馈以消除所述电路中的非线性。经本实用新型处理后的信号的线性度好，且测量精度高。该电路可以采用价格低廉的元器件来实现，并且能够获得优良的测量结果，在工业产品设计及配套生产过程中，具有很强的实用性。

下面结合图1对本实用新型的实施例进行说明。

如图1所示，其示出了本实用新型的一个测温电路实施例的结构框图。本实施例中，所述测温电路包括：将电阻信号转化为电信号的电桥测量电路、对所述电信号进行处理和非线性补偿的信号处理电路、输出方式可选的电流源输出电路；其中，所述电桥测量电路、所述信号处理电路、所述电流源输出电路顺次连接。

进一步来讲，上述测温电路中，所述电桥测量电路设置有：由热电阻和第一电阻构成的第一桥臂；由第二电阻和用于调节测温零点的可调第三电阻构成的第二桥臂。其中，所述热电阻和第一电阻的交点为所述电桥测量电路的第一输出端，所述第二电阻和可调第三电阻的交点为所述电桥测量电路的第二输出端。

优选的是，所述热电阻为三线制热电阻，所述三线制热电阻具有一个非公共端和两个公共端。其中，所述第一电阻的一端与所述三线制热电阻的非公共端连接；所述可调第三电阻的一端与所述三线制热电阻的一个公共端连接；所述三线制热电阻的另一个公共端接地。

本实施例中，所述第一电阻的另一端连接所述第二电阻一端，所第二电阻的另一端连接所述可调第三电阻另一端；所述第一电阻与第二电阻相连接的一端连接测量基准源；其中，由所述热电阻、所述第一电阻、所述第二电阻、所述可调第三电阻、所述信号处理电路的运算放大器的类型确定所述测量基准源的值。

优选的是，本实施例中，当三极管的类型为NPN型时，通过调节所述热电阻、所述第一电阻、所述第二电阻、所述可调第三电阻，在保证热电阻输入电流为4mA的情况下，所述测量基准源可设置为+5V；当三极管的类型为PNP型时，所述测量基准源可设置为-5V。

需要指出的是，为了消除连接导线电阻引起的测量误差，本实施例优选采用三线制。

需要说明的是，所述热电阻的测温原理是基于导体或半导体的电阻值随着温度的变化而变化的特性。本实施例中，所述热电阻大都由纯金属材料制成，例如由铂、铜、铂钯合金、镍、铁、铁-镍合金、锰、铑、钨、银等材料制造。本实施例优选采用铂丝，但对此并不进行限定。

进一步来讲，本实施例中，所述信号处理电路设置有运算放大器、三极管、第四电阻、第五电阻、第六电阻、可调第七电阻、第八电阻、第一电容及第二电容。其中：

所述运算放大器正相输入端与所述第一输出端之间连接第四电阻；所述运算放大器反相输入端与所述第二输出端之间连接第五电阻；其中，所述运算放大器的正相输入端通过并联的第六电阻与第一电容接地；

所述运算放大器的输出端连接三极管的基极，所述三极管的发射极通过并联的可调第七电阻和第二电容连接所述运算放大器的反相输入端，并且所述三极管的发射极与所述第一输出端之间连接第八电阻，形成正反馈以校正电路非线性。

本实施例中，所述电流源输出电路设置有调节输出带电流大小的第九电阻；其中，所述三极管的发射极通过第九电阻接地，所述电流源输出电路的输出为电流信号。

更为优选的是，所述电流源输出电路还设置有调整输出方式的第十电阻和调节电源；其中，所述三级管的集电极与所述调节电源之间连接第十电阻，所述电流源输出电路的输出为第十电阻的两端电压。

需要指出的是，所述调节电源需高出所述测温电路的输出。当所述三极管为NPN型三极管时，所述调节电源优选采用+15V的电源。当所述三极管为PNP型三极管时，所述调节电源优选采用-15V。

需要强调的是，在实际使用时，热电阻接口输入端连接所述热电阻，以获得与温度成一定比例的电信号，所述测温电路中的电桥测量电路将电信号输入至所述信号处理电路，所述信号处理电路对取得的电信号进行放大及非线性补偿处理，最后输出至所述电流源输出电路，进而所述电流源输出电路根据需要将信号转化为标准的0~5V或0~10mA信号输出。

本领域相关技术中的测温电路实现复杂、所需元器件较多，与其相比，本实施例的测温电路通过合理运用正反馈技术消除测量的非线性，并采用较少的元器件，降低电路复杂性及制造成本。实现简单，所需元件少，从而能够适应小型化和集成化的需求。而且，本实施例测温电路所使用的元件较为廉价，其实现成本也较低。

这里，结合图2来说明一下本实用新型优选实施例。

本优选实施例中，热电阻选用铂热电阻，优选采用PT100。并且，热电阻的信号连接方式选用三线制。本实用新型测温电路的优选实施例即为三线制PT100测温电路，该电路包括：PT100热电阻电桥测量电路、信号处理电路以及电流源输出电路。

在本优选实施例中，在使用时，热电阻接口输入端接三线制PT100热电阻温度传感器，取得与温度成一定比例的电信号，将电信号输入至所述信号处理电路，所述信号处理电路对取得的电信号进行放大及非线性补偿处理，最后输出至电流源输出电路，将信号转化为标准的0~5V或0~10mA信号输出。

此处，对所述PT100热电阻电桥测量电路作进一步说明：

所述PT100热电阻电桥测量电路用于将电阻信号转化为电信号，由第一电阻R1、第二电阻R2、可调第三电阻R3及热电阻PT100构成的电桥测量电路，第一电阻R1与热电阻PT100构成第一桥臂，第二电阻R2与可调第三电阻R3构成第二桥臂，分别将第一电阻R1与热电阻PT100的交点（即第一输出端）及第二电阻R2与可调第三电阻R3的交点（即第二输出端）的电信号作为输出，经过第四电阻R4、第五电阻R5送到所述信号处理电路的输入端，即运算放大器IC1的正、负输入端。

在使用时，第一电阻R1一端连接+5V的测量基准源，另一端接三线制PT100热电阻的非公共端，第二电阻R2一端接+5V测量基准源，另一端接可调第三电阻R3，可调第三电阻R3另一端接三线制PT100热电阻的一个公共端。三线制PT100热电阻的另一个公共端接地。其中，可调第三电阻R3用于调节测温零点，使得在测量温度下限（如-50℃）时所述测温电路输出为零伏。

此处，对所述信号处理电路和电流源输出电路作进一步说明：

本优选实施例中，所述信号处理电路设置有：运算放大器IC1、三极管Q1、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6，第八电阻R8、可调第七电阻R7，以及第一电容C1、第二电容C2。本优选实施例中，所述电流源输出电路设置有第九电阻R9及第十电阻R10构成，其中，第九电阻R9用于调节输出带电流大小，第十电阻R10用于调节测温电路的输出为电压信号或电流信号。

所述PT100热电阻电桥测量电路中，所述第一输出端（例如第一电阻R1与热电阻PT100构成的第一桥臂中点）与运算放大器IC1正相输入端之间连接第四电阻R4，所述第二输出端（例如第二电阻R2与第三电阻R3构成第一桥臂中点）与运算放大器IC1反相输入端之间连接第五电阻R5，第六电阻R6与第一电容C1并联，运算放大器IC1的正相输入端通过第六电阻R6与第一电容C1接地，可调第七电阻R7与第二电容C2并联，运算放大器IC1的输出端连接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极通过可调第七电阻R7与第二电容C2接运算放大器IC1的反相输入端，通过调节可调第七电阻R7的阻值，能够在测温上限（如100℃）处调整并设置所述测温电路的输出，如通过调节可调第七电阻R7的阻值使所述侧温电路的输出达到+5V。三极管Q1的发射极与所述第一输出端之间连接第八电阻R8，三极管Q1的发射极通过第九电阻R9接地，三级管Q1的集电极与15V电源之间连接第十电阻R10，则实际输出为第十电阻R10的两端电压；如果不连接第十电阻R10，则输出电流信号。因此，本实施例搭建了一个输出方式可选的电流源输出电路，为使用者提供了两种可选的输出信号形式——电流输出或电压输出。

由PT100热电阻电桥测量电路输出的电信号通过第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、可调第七电阻R7及第一电容C1、第二电容C2滤波后，以差分方式输入运算放大器IC1，输出信号通过可调第七电阻R7反馈至运算放大器IC1的输入端，为了消除热电阻PT100及不平衡电桥测量信号的非线性，所述的信号处理电路通过第八电阻R8引入正反馈，适当调整或选取第八电阻R8的阻值，能够基本消除所述电路的非线性。这里，根据实际测量对线性度的需求设置并选取所述第八电阻的阻值。

本实用新型测温电路实施例中的电桥测量电路结合信号处理电路，不仅提高测量精度，还能够通过第八电阻R8引入正反馈技术来矫正非线性，从而消除电路的输出信号与测量信号之间存在非线性关系。值得一提的是，在实际测量的过程中，通过适当调整第八电阻R8的阻值，能够使测量的温度精度在0.5℃以下。

通过上述实施例可以看出，本实用新型不仅便于实现，而且能够通过合理运用正反馈技术消除电路中的非线性，实现信号的线性度好，使得测量精度提高。本实用新型测温电路采用价格低廉的元器件来实现，而且所采用的元器件较少，降低电路复杂性及制造成本。并且，本实用新型测温电路能够获得优良的测量结果，在工业产品设计及配套生产过程中，具有很强的实用性。本实用新型测温电路可用作为各种设备的温度采集电路前级使用，也可以作为测温电路单独适用。

根据本实用新型的再一方面提出一种温度采集系统，该温度采集系统设置有上述任一实施例或各实施例组合所述的测温电路。

根据本实用新型的另一方面提出一种变频器，该变频器设置有上述任一实施例或各实施例组合所述的测温电路。

根据本实用新型的又一方面提出一种温度变送器，该温度变送器设置有上述任一实施例或各实施例组合所述的测温电路。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种测温电路，其特征在于，该测温电路包括：将电阻信号转化为电信号的电桥测量电路、对所述电信号进行处理和非线性补偿的信号处理电路、及输出方式可选的电流源输出电路；

其中，所述电桥测量电路、所述信号处理电路、所述电流源输出电路顺次连接。

2.根据权利要求1所述的测温电路，其特征在于，所述电桥测量电路设置有：

由热电阻和第一电阻构成的第一桥臂；

由第二电阻和用于调节测温零点的可调第三电阻构成的第二桥臂；

其中，所述热电阻和第一电阻的交点为所述电桥测量电路的第一输出端，所述第二电阻和可调第三电阻的交点为所述电桥测量电路的第二输出端。

3.根据权利要求2所述的测温电路，其特征在于，所述信号处理电路设置有运算放大器、三极管、第四电阻、第五电阻、第六电阻、可调第七电阻、第八电阻、第一电容及第二电容；其中：

所述运算放大器正相输入端与所述第一输出端之间连接第四电阻；所述运算放大器反相输入端与所述第二输出端之间连接第五电阻；其中，所述运算放大器的正相输入端通过并联的第六电阻与第一电容接地；

所述运算放大器的输出端连接三极管的基极，所述三极管的发射极通过并联的可调第七电阻和第二电容连接所述运算放大器的反相输入端，并且所述三极管的发射极与所述第一输出端之间连接第八电阻，形成正反馈以校正电路非线性。

4.根据权利要求3所述的测温电路，其特征在于，所述电流源输出电路设置有调节输出带电流大小的第九电阻；

其中，所述三极管的发射极通过第九电阻接地，所述电流源输出电路的输出为电流信号。

5.根据权利要求4所述的测温电路，其特征在于，所述电流源输出电路还设置有调整输出方式的第十电阻和调节电源；

其中，所述三级管的集电极与所述调节电源之间连接第十电阻，所述电流源输出电路的输出为第十电阻的两端电压。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的测温电路，其特征在于，所述热电阻为三线制热电阻，所述三线制热电阻具有一个非公共端和两个公共端；

其中，所述第一电阻的一端与所述三线制热电阻的非公共端连接；所述可调第三电阻的一端与所述三线制热电阻的公共端连接；所述三线制热电阻的另一个公共端接地。

7.根据权利要求6所述的测温电路，其特征在于，所述第一电阻的另一端连接所述第二电阻一端，所第二电阻的另一端连接所述可调第三电阻另一端；

所述第一电阻与第二电阻相连接的一端连接测量基准源；

其中，由所述三线制热电阻、所述第一电阻、所述第二电阻、所述可调第三电阻、所述运算放大器的类型确定所述测量基准源的值。

8.一种温度采集系统，其特征在于，该温度采集系统设置有如权利要求1至7中任一项所述的测温电路。

9.一种变频器，其特征在于，该变频器设置有如权利要求1至7中任一项所述的测温电路。

10.一种温度变送器，其特征在于，该温度变送器设置有如权利要求1至7中任一项所述的测温电路。

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