CN202836821U - 用于温度检测的电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于温度检测的电路，其包括外接三线热敏电阻的接线端、恒压源、分压电路和差分电路，其中，接线端包括连接三线热敏电阻一线端的第一接线端以及均用于连接三线热敏电阻两线端的第二接线端和第三接线端，所述差分电路包括第一输入端和第二输入端，分压电路连接在恒压源和第一接线端之间，第一接线端输出至差分电路的第一输入端，第二接线端输出至差分电路的第二输入端，第三接线端接地。本实用新型用于温度检测的电路通过在电路中设置成本较低的差分电路来消除由外接热敏电阻电线上的电阻所引起的测量误差，从而达到以较低成本实现较高精度测量的目的。

Description

用于温度检测的电路

技术领域

本实用新型涉及一种检测电路，更具体地涉及一种用于温度检测的电路。

背景技术

在工业生产中，长期运行的电器或设备经常会因超温过热而出现故障，严重时还可能造成整个设备的损坏，甚至导致人身安全事故。因此，必须实时检测这些设备的温度，若出现超出安全范围的高温则进行报警或者停机操作以防止出现意外。

目前，普遍使用的温度检测方法是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性，将其作为温度传感器。通过在待检测的电器或设备上预埋热敏电阻，并将热敏电阻连接到用于温度检测的电路上以组成温度检测电路而进行温度检测。

传统的温度检测电路通常是由恒流源、热敏电阻和电压跟随器组成，该类型的温度检测电路虽然可以满足温度检测的基本需求，但是该电路不能消除外接热敏电阻电线上的阻值所引起的误差，因而其检测精度不高。

为了解决上述问题，市场上出现了另一种温度检测电路，该电路由热敏电阻PT100和模数转换器ADS 1247组成，其中热敏电阻PT100为三线热敏电阻，所谓的三线热敏电阻的一端伸出有一根导线，另一端伸出有两根导线，该三线制接法可消除连接导线电阻引起的测量误差，且在IC芯片的配合下可达到较高测量精度，但是该电路需采用IC芯片，其成本太高。

鉴于此，有必要提供一种成本较低且精度较高的用于温度检测的电路以解决上述缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种高精度且低成本的用于温度检测的电路。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：提供一种用于温度检测的电路，其包括外接三线热敏电阻的接线端，所述接线端包括连接三线热敏电阻一线端的第一接线端以及均用于连接三线热敏电阻两线端的第二接线端和第三接线端，所述用于温度检测的电路还包括恒压源、分压电路和差分电路，所述差分电路包括第一输入端和第二输入端，所述分压电路连接在恒压源和第一接线端之间，所述第一接线端输出至差分电路的第一输入端，所述第二接线端输出至差分电路的第二输入端，所述第三接线端接地。

其进一步技术方案为：所述差分电路包括第一运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻及第四电阻，所述第一电阻连接在差分电路的第一输入端和第一运算放大器的同相输入端之间，所述第二电阻连接在差分电路的第二输入端和第一运算放大器的反相输入端之间，所述第三电阻连接在第一运算放大器的输出端和其反相输入端之间，所述第四电阻一端连接至第一运算放大器的同相输入端而其另一端接地。

其进一步技术方案为：所述三线热敏电阻的输入端和差分电路之间连接有一电压跟随输入电路。

其进一步技术方案为：所述电压跟随输入电路包括第一电压跟随器和第二电压跟随器，所述第一电压跟随器连接在第一接线端和差分电路的第一输入端之间，所述第二电压跟随器连接在第二接线端和差分电路的第二输入端之间。

其进一步技术方案为：所述第一电压跟随器和第二电压跟随器均单独由一运算放大器组成，所述运算放大器的反相输入端直接与其输出端相连。

其进一步技术方案为：所述第一接线端和第一电压跟随器之间还连接一第五电阻，所述第二接线端和第二电压跟随器之间连接一第六电阻，所述第五电阻和第六电阻的电阻值相同。

其进一步技术方案为：所述第二电压跟随器的输入端还通过一第七电阻接地。

其进一步技术方案为：所述第一电压跟随器和第二电压跟随器的输入端均连接有一接地电容。

其进一步技术方案为：所述差分电路的输出端连接一电压跟随输出电路，所述电压跟随输出电路的输出端为检测电压输出端。

其进一步技术方案为：所述电压跟随输出电路包括第二运算放大器、第八电阻和第九电阻，所述第二运算放大器的同相输入端与差分电路的输出端相连，其反相输入端通过第九电阻接地，所述第八电阻连接在所述第二运算放大器的输出端和反相输入端之间，则所述的输出端为检测电压输出端。

与现有技术相比，本实用新型用于温度检测的电路通过在电路中设置成本较低的差分电路来消除由外接热敏电阻电线的线长电压，避免产生测量误差，从而达到以较低成本实现较高精度测量的目的。本实用新型用于温度检测的电路可用于变频器等电子设备中进行精准的温度检测，从而将设备的安全隐患降到最小，带来明显的经济和社会效益。

通过以下的描述并结合附图，本实用新型将变得更加清晰，这些附图用于解释本实用新型的实施例。

附图说明

图1为本实用新型用于温度检测的电路一实施例的电路图。

图2为图1所示用于温度检测的电路外接三线热敏电阻后的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，附图中类似的组件标号代表类似的组件。显然，以下将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。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型用于温度检测的电路一实施例的电路图。参照图1，本实施例的用于温度检测的电路包括外接三线热敏电阻的接线端、检测电压输出端、恒压源Vcc、分压电路11和差分电路13。其中，所述接线端包括连接三线热敏电阻一线端的第一接线端以及分别连接三线热敏电阻两线端的第二接线端和第三接线端，所述差分电路13包括第一输入端和第二输入端，所述分压电路11连接在恒压源Vcc和第一接线端之间，所述第一接线端输出至差分电路13的第一输入端，所述第二接线端输出至差分电路13的第二输入端，所述第三接线端接地，所述差分电路13的输出端为检测电压输出端。

下面继续参照图1来详细说明本实施例用于温度检测的电路的具体电路。

本实施例中，为了操作方便，三线热敏电阻的输入端通过设有三个接线端的接线端子CN1与三线热敏电阻连接，可理解地，所述三线热敏电阻的输入端也可直接与热敏电阻相连。本实施例中，所述接线端子CN1设有第一、第二和第三接线端A、B和C，其分别与三线热敏电阻的输入端的第一、第二、第三接线端相对应，当该接线端子CN1外接三线热敏电阻时，其第一接线端A与热敏电阻的一线端相连，而其第二接线端B和第三接线端C均分别与热敏电阻的两线端相连。其中，第一接线端A和第二接线端B均输出至差分电路13，第三接线端C接地。

本实施例的分压电路11包括一分压电阻R7，该分压电阻R7连接在第一接线端A和恒压源Vcc之间，与外接热敏电阻进行分压。

本实施例中，为了提高差分电路13输入电压的稳定性，还包括有电压跟随输入电路12，该电压跟随输入电路12包括第一电压跟随器U2A和第二电压跟随器U2B，所述第一电压跟随器U2A和第二电压跟随器U2B均单独由一运算放大器组成，两所述运算放大器的反相输入端均直接与其自身的输出端相连。其中，第一电压跟随器U2A连接在第一接线端A和差分电路13的第一输入端之间，第二电压跟随器U2B连接在第二接线端B和差分电路13的第二输入端之间。

本实施例的差分电路13包括第一运算放大器U3A、第一电阻R16、第二电阻R22、第三电阻R9及第四电阻R23。其中，第一电阻R16连接在差分电路13的第一输入端（也即第一电压跟随器U2A的输出端）和第一运算放大器U3A的同相输入端之间；第二电阻R22连接在差分电路13的第二输入端（也即第二电压跟随器U2B的输出端）和第一运算放大器U3A的反相输入端之间；第三电阻R9连接在第一运算放大器U3A的输出端和其反相输入端之间；第四电阻R23一端连接至第一运算放大器U3A的同相输入端，其另一端接地。

本实施例中，为了提高差分电路13输出电压的稳定性，还包括有电压跟随输出电路14，该电压跟随输出电路14包括第二运算放大器U3B、第八电阻R11和第九电阻R15，所述第二运算放大器U3B的同相输入端与差分电路13的输出端相连，其反相输入端通过第九电阻R15接地，所述第八电阻R11连接在第二运算放大器U3B的输出端和反相输入端之间，则所述第八电阻R11的输出端为检测电压输出端。

优选地，在本实施例中，所述第一接线端A和第一电压跟随器U2A的同相输入端之间还连接一第五电阻R8，所述第二接线端B和第二电压跟随器U2B的同相输入端之间连接一第六电阻R12，该第五电阻R8和第六电阻R12选择相同的阻值以确保电路平衡。上述两电阻R8和电阻R12是为了便于电路调整而设置的，当电压跟随输入电路12可实现精准电压跟随作用则上述两电阻R8和R12的阻值选择为零欧姆。

同样优选地，所述第二电压跟随器U2B的同相输入端还通过一第七电阻R21接地，该第七电阻R21的阻值趋于无穷大，使得该支路上的电压都几乎落在高阻值电阻R21的两端。

同样优选地，所述第一电压跟随器U2A的同相输入端连接有一接地电容C11，相应地，第二电压跟随器U2B的同相输入端连接有一接地电容C12以进一步提高电路的稳定性。

以下参照图2对本实施例用于温度检测的电路的工作原理进行说明。

图2中的虚线部分为接线端子CN1外接三线热敏电阻后的电路结构，假定该三线热敏电阻两端的电压为V_RTD，其上端电压为V_TCA，下端电压为V_TCB，热敏电阻阻值为R_RTD，外接热敏电阻每条线的线长阻值为R_L，恒压源输入电压为V_CC。那么，根据电路的基本原理可得到以下关系式：V_TCA=V_RTD+2V_L（即热敏电阻的上端电压等于热敏电阻电压与外接热敏电阻两条线上的线长电压之和）；V_TCB=V_L（即热敏电阻的下端电压等于外接热敏电阻一条线上的线长电压）。

经分压电阻R7分压后，热敏电阻两端的实际电压为：

$V_{\mathrm{RTD}}=V_{\mathrm{CC}}\frac{R_{\mathrm{RTD}}}{R_{\mathrm{RTD}}+R7+2R_L}$

假定差分电路的输出电压为V_PTC，那么：

$V_{\mathrm{PTC}}=\frac{\frac{R9}{R22}+1}{\frac{R16}{R23}+1}{V}_{\mathrm{TCA}}-\frac{R9}{R22}{V}_{\mathrm{TCB}}$

假定第三电阻R9、第二电阻R22及第一电阻R16和第四电阻R23的阻值关系如下：

$\frac{R9}{R22}=k:\frac{R16}{R23}=1+\frac{2}{k}$

那么，可得到以下推导式：

$V_{\mathrm{PTC}}=\frac{\frac{R9}{R22}+1}{\frac{R16}{R23}+1}{V}_{\mathrm{TCA}}-\frac{R9}{R22}{V}_{\mathrm{TCB}}$

$=\frac{k}{2}(V_{\mathrm{TCA}}-2V_{\mathrm{TCB}})$

$=\frac{k}{2}{V}_{\mathrm{CC}}(\frac{R_{\mathrm{RTD}}+2R_L}{R_{\mathrm{RTD}}+2R_L+R7}-\frac{2R_L}{R_{\mathrm{RTD}}+2R_L+R7})$

$=\frac{k}{2}{V}_{\mathrm{CC}}\frac{R_{\mathrm{RTD}}}{R_{\mathrm{RTD}}+2R_L+R7}$

将上述公式进一步简化则可得到V_PTC=k/2*V_RTD，由此可见，若K取值为2，则测量到的差分电路的输出电压V_PTC等于热敏电阻两端的实际电压V_RTD，合理地选择K值，则可按比例输出所需模拟量。由此可见，本实施例用于温度检测的电路可消除外接热敏电阻与端子连接线上的线长电压，提高测量的精确度。

如上所述，本实用新型用于温度检测的电路通过在电路中设置成本较低的差分电路来消除由外接热敏电阻电线引起的线长电压，避免产生测量误差，从而达到以较低成本实现较高精度测量的目的。本实用新型用于温度检测的电路可用于变频器等电子设备中进行精准的温度检测，从而将设备的安全隐患降到最小，带来明显的经济和社会效益。

以上结合较佳实施例对本实用新型进行了描述，但本实用新型并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本实用新型的本质进行的修改。

Claims (10)

1.一种用于温度检测的电路，包括外接三线热敏电阻的接线端，所述接线端包括连接三线热敏电阻一线端的第一接线端以及均用于连接三线热敏电阻两线端的第二接线端和第三接线端，其特征在于：所述用于温度检测的电路还包括恒压源、分压电路和差分电路，所述差分电路包括第一输入端和第二输入端，所述分压电路连接在恒压源和第一接线端之间，所述第一接线端输出至差分电路的第一输入端，所述第二接线端输出至差分电路的第二输入端，所述第三接线端接地。

2.根据权利要求1所述的用于温度检测的电路，其特征在于：所述差分电路包括第一运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻及第四电阻，所述第一电阻连接在差分电路的第一输入端和第一运算放大器的同相输入端之间，所述第二电阻连接在差分电路的第二输入端和第一运算放大器的反相输入端之间，所述第三电阻连接在第一运算放大器的输出端和其反相输入端之间，所述第四电阻一端连接至第一运算放大器的同相输入端而其另一端接地。

3.根据权利要求1所述的用于温度检测的电路，其特征在于：所述三线热敏电阻的输入端和差分电路之间连接有一电压跟随输入电路。

4.根据权利要求3所述的用于温度检测的电路，其特征在于：所述电压跟随输入电路包括第一电压跟随器和第二电压跟随器，所述第一电压跟随器连接在第一接线端和差分电路的第一输入端之间，所述第二电压跟随器连接在第二接线端和差分电路的第二输入端之间。

5.根据权利要求4所述的用于温度检测的电路，其特征在于：所述第一电压跟随器和第二电压跟随器均单独由一运算放大器组成，所述运算放大器的反相输入端直接与其输出端相连。

6.根据权利要求4所述的用于温度检测的电路，其特征在于：所述第一接线端和第一电压跟随器之间还连接一第五电阻，所述第二接线端和第二电压跟随器之间连接一第六电阻，所述第五电阻和第六电阻的电阻值相同。

7.根据权利要求4所述的用于温度检测的电路，其特征在于：所述第二电压跟随器的输入端还通过一第七电阻接地。

8.根据权利要求4所述的用于温度检测的电路，其特征在于：所述第一电压跟随器和第二电压跟随器的输入端均连接有一接地电容。

9.根据权利要求1-8任一项所述的用于温度检测的电路，其特征在于：所述差分电路的输出端连接一电压跟随输出电路，所述电压跟随输出电路的输出端为检测电压输出端。

10.根据权利要求9所述的用于温度检测的电路，其特征在于：所述电压跟随输出电路包括第二运算放大器、第八电阻和第九电阻，所述第二运算放大器的同相输入端与差分电路的输出端相连，其反相输入端通过第九电阻接地，所述第八电阻连接在所述第二运算放大器的输出端和反相输入端之间，则所述第八电阻的输出端为检测电压输出端。

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