CN203929264U - 一种带内部偏置的rtd温度测量电路 - Google Patents

一种带内部偏置的rtd温度测量电路 Download PDF

Info

Publication number
CN203929264U
CN203929264U CN201420363771.2U CN201420363771U CN203929264U CN 203929264 U CN203929264 U CN 203929264U CN 201420363771 U CN201420363771 U CN 201420363771U CN 203929264 U CN203929264 U CN 203929264U
Authority
CN
China
Prior art keywords
resistance
module
rtd
operational amplifier
internal bias
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201420363771.2U
Other languages
English (en)
Inventor
刘中
凡冬青
钱诚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wade Miller Electric (shanghai) Co Ltd
Weidmueller Interface Shanghai Co Ltd
Original Assignee
Wade Miller Electric (shanghai) Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wade Miller Electric (shanghai) Co Ltd filed Critical Wade Miller Electric (shanghai) Co Ltd
Priority to CN201420363771.2U priority Critical patent/CN203929264U/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN203929264U publication Critical patent/CN203929264U/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Abstract

本实用新型公开了一种带内部偏置的RTD温度测量电路，它包括电阻式温度探测器、激励电流源、模拟信号调理模块、多路模拟开关、内部偏置模块、ADC模块和MCU应用模块，所述电阻式温度探测器两端与所述多路模拟开关通道端连接，所述激励电流源与所述多路模拟开关第一通道端连接，所述内部偏置模块一端与所述多路模拟开关最后一通道端连接，另一端接地，所述多路模拟开关选择端依次与所述模拟信号调理模块、所述ADC模块和所述MCU应用模块连接。本实用新型简化了RTD的模拟信号调理模块结构、降低了元器件成本和生产校准成本，并且提高了RTD在全温度范围下的测量精度和线性度。

Description

一种带内部偏置的RTD温度测量电路
技术领域
本实用新型涉及一种两线制、三线制和四线制的RTD温度测量电路，通过多路模拟开关和内置偏置提高温度测量精度和线性度；特别涉及一种带内部偏置的RTD温度测量电路。
背景技术
温度是工业生产中的重要基本参数，在生产过程中，对液态、蒸汽和气体温度的检测是保证工艺要求、设备安全运行以及人身安全的基本条件。在天然气输气工程中，对各个输气站场的温度测量尤为重要。使用各种温度传感器进行温度检测有着广泛的应用，相比热电偶、热敏电阻和集成硅，电阻式温度探测器(以下简称RTD)具有更好的精度(±0.01℃)和线性度(2阶多项式或者相当的查找表)，其输出形式为电阻，因此需要一个高精度激励电流源。
在工业现场，温度传感器通常离温度变送器或者隔离器有比较远的距离，导线电阻会叠加在RTD上，从而引入测量误差。为了消除导线误差，通常有两种做法：
其一、是采用三线制，利用差分电路调理RTD两端的电压，如图1所，其中导线电阻，由Vout＝2*(VRTD+VRw14)-(VRTD+VRw11+VRw14)＝VRTD可知，运算放大器(U4)输出电压就是RTD两端的电压；
其二、是采用四线制，利用双缓冲放大电路测量RTD两端的电压，如图2，其中R12/R11＝R14/R13＝k，RTD两端的电压为VRTD＝(V4A-V4B)/(1+k)。
由于工业现场应用和需求比较复杂，RTD变送器或者隔离器基本上都集成了二线制、三线制和四线制测量电路,这些产品主要存在以下不足：
(a)因为三线制、四线制不能共用测量电路，仅模拟信号调理电路就需要至少四个以上高精度运算放大器才能实现，电路相对复杂，元器件数量多；
(b)为了避免RTD自身发热，激励电流一般控制在0.5到1mA左右，在被测温度较低的时候，RTD输出电阻小，因此激励电流在RTD两端产生的电压比较低，特别是四线制工作模式时，如图2，运算放大器(U4B)的输入电压非常小，只有几个mV，这对运算放大器的摆幅要求很高，很多设计直接采用价格比较贵的轨到轨输入输出的运算放大器，这也是RTD温度变送器或者隔离器价格较高的原因之一；
(c)由于二线制、三线制和四线制信号调理通道各不相同，为了保证测量精度和线性度，在生产的时候需要对每一个通道进行校准，生产成本比较高。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种带内部偏置的RTD温度测量电路，简化了RTD模拟信号调理电路结构、降低了元器件成本和生产校准成本，并且提高了RTD在全温度范围下的测量精度和线性度。
为实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
一种带内部偏置的RTD温度测量电路，它包括电阻式温度探测器、激励电流源、模拟信号调理模块、多路模拟开关、内部偏置模块、ADC模块和MCU应用模块，所述电阻式温度探测器两端与所述多路模拟开关通道端连接，所述激励电流源与所述多路模拟开关第一通道端连接，所述内部偏置模块一端与所述多路模拟开关最后一通道端连接，另一端接地，所述多路模拟开关选择端依次与所述模拟信号调理模块、所述ADC模块和所述MCU应用模块连接。
进一步的，所述多路模拟开关采用四路模拟开关，所述四路模拟开关第一通道端和第二通道端与所述电阻式温度探测器一端连接，所述四路模拟开关第三通道端和第四通道端与所述电阻式温度探测器另一端连接。
进一步的，所述内部偏置模块包括偏置电阻，所述偏置电阻一端与所述四路模拟开关第四通道端连接，另一端接地。
进一步的，所述激励电流源包括第一～第五电阻、第一运算放大器和第二运算放大器，所述第一电阻一端接地，另一端与所述第二电阻一端和所述第一运算放大器反相输入端连接，所述第二电阻另一端与所述第五电阻一端和所述第一运算放大器输出端连接，所述第五电阻另一端与所述第二运算放大器同相输入端和所述四路模拟开关第一通道端连接，所述第二运算放大器反相输入端与所述第二运算放大器输出端和所述第四电阻一端连接，所述第四电阻另一端与所述第一运算放大器同相输入端和所述第三电阻一端连接，所述第三电阻另一端接基准电压，其中第五电阻为等效电阻。
进一步的，所述模拟信号调理模块包括第六～九电阻、第一～二电容和第三运算放大器，所述第三运算放大器同相输入端与所述第八电阻一端和所述第一电容一端连接，反相输入端与所述第六电阻一端和第七电阻一端连接，输出端与所述第七电阻另一端和所述第九电阻一端连接，所述第九电阻另一端与所述第二电容一端和ADC模块连接，所述第八电阻另一端与所述四路模拟开关选择端连接，所述第一电容另一端、所述第二电容另一端和所述第六电阻另一端均接地。
其中，多路模拟开关由MCU应用模块的I/O口控制，当多路模拟开关依次选通第一通道和第四通道时，为两线制工作模式；当多路模拟开关依次选通第一通道、第二通道和第四通道时，为三线制工作模式；当多路模拟开关依次选通第二通道和第三通道时，为四线制工作模式。假定模拟信号调理模块的通道放大倍数为n，当多路模拟开关依次选通第一通道、第二通道、第三通道和第四通道时，模拟信号调理模块依次输出为V1，V2，V3和V4。
在两线制工作模式下，RTD两端的电压为：
VRTD＝(V1-V4)/n (公式1)。
在三线制工作模式下，RTD两端的电压为：
VRTD＝(V2-V4)/n-(V1-V2)/n (公式2)；
其中，(V1-V2)/n为导线上的压降。
在四线制工作模式下，RTD两端的电压为：
VRTD＝(V2-V3)/n (公式3)。
在测量出RTD两端的电压后，可知RTD的输出电阻为：
RRTD＝VRTD/Iexcite (公式4)；
其中，Iexcite为激励电流，通过查表即可知道被测温度。
本实用新型增加内部偏置模块后，V1、V2、V3和V4会被抬高100mV左右，对于这个输入电压，一般的运算放大器都可以保证非常好的线性度和精度，只要准确地测量出V1，V2，V3和V4，就可以准确地计算出RTD两端的电压，从而保证整个RTD温度测量电路的精度和线性度。
在本实用新型的测量电路中，由于V1，V2，V3和V4由同一个模拟信号调理模块输出，任在何一种工作模式下，从公式1，公式2和公式3可以看出，RTD两端的电压都是通过V1，V2，V3和V4中的某两个电压相减计算得来，因此，内部偏置模块上的电压会被抵消掉，从而消除偏置误差；而增益误差只需要在生产中校准一次即可，而传统电路需要校准三次才能消除增益误差。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：通过多路模拟开关和内部偏置模块，简化了RTD的模拟信号调理模块结构、降低了元器件成本和生产校准成本，并且提高了RTD在全温度范围下的测量精度和线性度。
附图说明
图1是现有技术中三线制RTD信号调理电路的电路图；
图2是现有技术中四线制RTD信号调理电路的电路图；
图3是本实用新型一较佳实施例中带内部偏置的RTD温度测量电路的电路图。
具体实施方式
参阅图3，该带内部偏置的RTD温度测量电路包括电阻式温度探测器RTD、激励电流源101、模拟信号调理模块102、四路模拟开关103、内部偏置模块104、ADC模块ADC和MCU应用模块MCU；ADC模块ADC与MCU应用模块MCU连接；
四路模拟开关103第一通道端和第二通道端与电阻式温度探测器RTD一端连接，四路模拟开关103第三通道端和第四通道端与电阻式温度探测器RTD另一端连接,其中,电阻式温度探测器RTD与四路模拟开关103所接导线的电阻分别为线阻Rw1、线阻Rw2、线阻Rw3和线阻Rw4；
内部偏置模块104包括偏置电阻Roffset，偏置电阻Roffset一端与四路模拟开关103第四通道端连接，另一端接地；
激励电流源101包括第一～第五电阻、第一运算放大器U1和第二运算放大器U2，第一电阻R1一端接地，另一端与第二电阻R2一端和第一运算放大器U1反相输入端连接，第二电阻R2另一端与第五电阻R5一端和第一运算放大器U1输出端连接，第五电阻R5另一端与第二运算放大器U2同相输入端和四路模拟开关103第一通道端连接，第二运算放大器U2反相输入端与第二运算放大器U2输出端和第四电阻R4一端连接，第四电阻R4另一端与第一运算放大器U1同相输入端和第三电阻R3一端连接，第三电阻R3另一端接基准电压Vref；
模拟信号调理模块102包括第六～九电阻、第一～二电容和第三运算放大器U3，第三运算放大器U3同相输入端与第八电阻R8一端和第一电容C1一端连接，反相输入端与第六电阻R6一端和第七电阻R7一端连接，输出端与第七电阻R7另一端和第九电阻R9一端连接，第九电阻R9另一端与第二电容C2一端和ADC模块ADC连接，第八电阻R8另一端与四路模拟开关103选择端连接，第一电容C1另一端、第二电容C2另一端和第六电阻R6另一端均接地；
其中，四路模拟开关103由MCU应用模块MUC的I/O口控制，当四路模拟开关103依次选通第一通道1和第四通道2时，为两线制工作模式；当四路模拟开关103依次选通第一通道1、第二通道2和第四通道4时，为三线制工作模式；当四路模拟开关103依次选通第二通道2和第三通道3时，为四线制工作模式。假定模拟信号调理模块102的通道放大倍数为n，当四路模拟开关103依次选通第一通道1、第二通道2、第三通道3和第四通道4时，模拟信号调理模块102依次输出为V1，V2，V3和V4。
在两线制工作模式下，电阻式温度探测器RTD两端的电压为：
VRTD＝(V1-V4)/n (公式1)。
在三线制工作模式下，电阻式温度探测器RTD两端的电压为：
VRTD＝(V2-V4)/n-(V1-V2)/n (公式2)；
其中，(V1-V2)/n为导线上的压降。
在四线制工作模式下，电阻式温度探测器RTD两端的电压为：
VRTD＝(V2-V3)/n (公式3)。
在测量出RTD两端的电压后，可知电阻式温度探测器RTD的输出电阻为：
RRTD＝VRTD/Iexcite (公式4)；
其中，Iexcite为激励电流，通过查表即可知道被测温度。
以上仅是本实用新型的具体应用范例，对本实用新型的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本实用新型权利保护范围之内。

Claims (5)

1.一种带内部偏置的RTD温度测量电路，其特征在于，它包括电阻式温度探测器、激励电流源、模拟信号调理模块、多路模拟开关、内部偏置模块、ADC模块和MCU应用模块，所述电阻式温度探测器两端与所述多路模拟开关通道端连接，所述激励电流源与所述多路模拟开关第一通道端连接，所述内部偏置模块一端与所述多路模拟开关最后一通道端连接，另一端接地，所述多路模拟开关选择端依次与所述模拟信号调理模块、所述ADC模块和所述MCU应用模块连接。
2.根据权利要求1所述的带内部偏置的RTD温度测量电路，其特征在于，所述多路模拟开关采用四路模拟开关，所述四路模拟开关第一通道端和第二通道端与所述电阻式温度探测器一端连接，所述四路模拟开关第三通道端和第四通道端与所述电阻式温度探测器另一端连接。
3.根据权利要求2所述的带内部偏置的RTD温度测量电路，其特征在于，所述内部偏置模块包括偏置电阻，所述偏置电阻一端与所述四路模拟开关第四通道端连接，另一端接地。
4.根据权利要求1或2所述的带内部偏置的RTD温度测量电路，其特征在于，所述激励电流源包括第一～第五电阻、第一运算放大器和第二运算放大器，所述第一电阻一端接地，另一端与所述第二电阻一端和所述第一运算放大器反相输入端连接，所述第二电阻另一端与所述第五电阻一端和所述第一运算放大器输出端连接，所述第五电阻另一端与所述第二运算放大器同相输入端和所述四路模拟开关第一通道端连接，所述第二运算放大器反相输入端与所述第二运算放大器输出端和所述第四电阻一端连接，所述第四电阻另一端与所述第一运算放大器同相输入端和所述第三电阻一端连接，所述第三电阻另一端接基准电压。
5.根据权利要求2所述的带内部偏置的RTD温度测量电路，其特征在于，所述模拟信号调理模块包括第六～九电阻、第一～二电容和第三运算放大器，所述第三运算放大器同相输入端与所述第八电阻一端和第一电容一端连接，反相输入端与所述第六电阻一端和所述第七电阻一端连接，输出端与所述第七电阻另一端和所述第九电阻一端连接，所述第九电阻另一端与所述第二电容一端和ADC模块连接，所述第八电阻另一端与所述四路模拟开关选择端连接，所述第一电容另一端、所述第二电容另一端和所述第六电阻另一端均接地。
CN201420363771.2U 2014-07-02 2014-07-02 一种带内部偏置的rtd温度测量电路 Expired - Fee Related CN203929264U (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201420363771.2U CN203929264U (zh) 2014-07-02 2014-07-02 一种带内部偏置的rtd温度测量电路

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201420363771.2U CN203929264U (zh) 2014-07-02 2014-07-02 一种带内部偏置的rtd温度测量电路

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN203929264U true CN203929264U (zh) 2014-11-05

Family

ID=51825065

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201420363771.2U Expired - Fee Related CN203929264U (zh) 2014-07-02 2014-07-02 一种带内部偏置的rtd温度测量电路

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN203929264U (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107655582A (zh) * 2017-09-29 2018-02-02 中北大学 一种基于k型热电偶的温度测量电路
CN111812159A (zh) * 2020-06-19 2020-10-23 福建氢启健康科技有限公司 一种氢氧呼吸机储水箱的水质检测电路及方法
CN117782369A (zh) * 2023-12-27 2024-03-29 上海钧嵌传感技术有限公司 一种rtd线制数量的测量电路及方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107655582A (zh) * 2017-09-29 2018-02-02 中北大学 一种基于k型热电偶的温度测量电路
CN107655582B (zh) * 2017-09-29 2019-08-06 中北大学 一种基于k型热电偶的温度测量电路
CN111812159A (zh) * 2020-06-19 2020-10-23 福建氢启健康科技有限公司 一种氢氧呼吸机储水箱的水质检测电路及方法
CN117782369A (zh) * 2023-12-27 2024-03-29 上海钧嵌传感技术有限公司 一种rtd线制数量的测量电路及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101957243B (zh) 一种高精度温度测量装置及测量方法
CN205262632U (zh) 一种多功能差分输入rtd温度检测电路
CN107941363B (zh) 基于程控双恒流电源的温度变送装置及方法
CN202075059U (zh) 新型铂电阻温度测量模块
CN202928716U (zh) 一种高精度智能测温电路
CN203929264U (zh) 一种带内部偏置的rtd温度测量电路
CN203241165U (zh) 一种基于三线制的热电阻测温电路
CN207472443U (zh) 多路三线制热电阻测温电路
CN205138668U (zh) 一种基于铂热电阻的测温电路
CN202648827U (zh) 测温电路、温度采集系统、变频器及温度变送器
MD279Z (ro) Impedanţmetru
Radetić et al. The analog linearization of Pt100 working characteristic
CN107505061B (zh) 一种双电流源的铂电阻测温装置
CN102809443A (zh) 一种温度测量方法及电路
CN202582775U (zh) 一种温度测量电路
CN106291034B (zh) 可自校准电阻分压器
CN103592056A (zh) 一种基于温度差的温度校验仪
CN204165669U (zh) 一种用于射频功率测量的温度电压转换装置
CN108204865A (zh) 工业仪表、工控系统以及rtd 测温方法
CN201464071U (zh) 一种利用铂电阻测量的高精度温度测量装置
CN201417184Y (zh) 两线制温度变送器
CN110108380A (zh) 一种应用于纺织加弹机中联苯加热箱的精密测温系统
CN207585792U (zh) 热电阻的信号调理电路以及具有其的温度检测装置
CN206695925U (zh) 一种多路rtd热电阻测量模块
CN202836821U (zh) 用于温度检测的电路

Legal Events

Date Code Title Description
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20141105

Termination date: 20190702