CN205843835U - 应用动态恒流源的铂电阻数字温度表 - Google Patents
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Abstract
一种应用动态恒流源的铂电阻数字温度表，包括单片机、显示模块、模拟开关、A/D转换器、恒流源模块、测温铂电阻和基准电阻；所述单片机分别与显示模块、模拟开关和A/D转换器连接；所述恒流源模块包括稳压源模块、运算放大器和固定电阻；所述稳压源模块的输出端与运算放大器的同相输入端连接；所述固定电阻的一端与运算放大器的反相输入端连接，另一端接地；基准电阻通过模拟开关的0通道与A/D转换器连接，测温铂电阻通过模拟开关的1通道与A/D转换器连接。通过动态恒流源的方式获得通过铂电阻的真实电流值，从而提高温度测量的精确度。
Description
技术领域
本实用新型涉及温度表，尤其是利用铂电阻测量温度的数字温度表。
背景技术
Pt100铂电阻具有电阻值随温度变化1℃变化0.39Ω的已知规律且精度高、灵敏性高和稳定性高的特点，因而在气象上被应用于温度测量中。现有Pt100铂电阻温度表一般包括：电源模块、信号采集模块、信号调理放大模块、A/D转换模块、单片机控制模块和显示模块。重点的信号采集模块通常有两种方案：一是涉及一个恒流源通过Pt100铂电阻，通过测量Pt100铂电阻上的电压变化计算出温度；二是采用惠斯通电桥，电桥的四个电阻中的三个阻值恒定不变，Pt100铂电阻作为第四个电阻，当Pt100铂电阻阻值随温度发生变化时，测量端会产生电压差，由此计算出温度。第一种方案的缺点在于恒流源的电流易受到环境外界因素和电子电路元件性质变化的影响无法保绝对的恒定；第二种方案的缺点在于非平衡电桥存在非线性，即电路的稳定性无法保证，且该电路一般需要放大器，这更增加了电路中的误差。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种应用动态恒流源的铂电阻数字温度表，解决恒流源电流存在的漂移问题，通过动态恒流源的方式获得通过铂电阻的真实电流值，从而提高温度测量的精确度。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种应用动态恒流源的铂电阻数字温度表，包括单片机、显示模块、模拟开关、A/D转换器、恒流源模块、测温铂电阻、基准电阻；所述单片机分别与显示模块、模拟开关和A/D转换器连接；所述恒流源模块包括稳压源模块、运算放大器和固定电阻；所述稳压源模块的输出端与运算放大器的同相输入端连接；所述固定电阻的一端与运算放大器的反相输入端连接，另一端接地；基准电阻通过模拟开关的0通道与A/D转换器连接，测温铂电阻通过模拟开关的1通道与A/D转换器连接。本实用新型用动态恒流源代替一般恒流源，通过数字控制模拟开关，在测量铂电阻的电压之前先测量由一般恒流源提供电流的基准电阻的电压，基准电阻的阻值已知，根据基准电阻的电压即可得出一般恒流源提供电流的真实值；而后测量通过模拟开关快速选通至被测铂电阻后的电压，从而得到被测铂电阻的阻值，再计算得到温度的真实值。“动态”体现为不再认为一般恒流源产生的电流保持绝对恒定，承认其存在漂移误差，通过模拟开关在被测铂电阻和基准电阻之间快速切换，动态获得通过铂电阻的真实电流值。本实用新型的数字温度表不忽略由于外界环境因素的变化或电路元件自身的性质变化导致的恒流源电流存在的漂移，通过动态恒流源的方式获得通过铂电阻的真实电流值，从而提高温度表的测量精确度。
作为改进，所述稳压源模块包括可控精密稳压源和可变电阻，稳压源模块的输出端电压为2.6000V。
作为改进，所述固定电阻的阻值为2KΩ，由4个2KΩ的电阻R13、R14、R15和R16组成，R13并联R14组成第一电阻组，R15并联R16组成第二电阻组，第一电阻组与第二电阻组串联。
作为改进，所述恒流源模块的输出电流值为1.3mA。
作为改进，所述测温铂电阻在三接口插座的1、2引脚处接入。
作为改进，所述模拟开关为4通道双路开关，CH0通道的Y开关K1连接基准电阻与恒流源模块，CH0通道的X开关K1’连接基准电阻与A/D转换器；CH1通道的Y开关K2连接测温铂电阻与恒流源模块，CH1通道的X开关K2’连接测温铂电阻与A/D转换器。
作为改进，所述模拟开关为CD4052芯片，其片选引脚INH与所述单片机STC89C52的P1.1引脚连接，其通道选通A连接STC89C52的P1.0引脚，其通道选通B接地。
作为改进，所述单片机为C89C52芯片，A/D转换器为双积分ICL7135芯片，单片机控制A/D转换器的启动和结果的读取。
本实用新型与现有技术相比所带来的有益效果是：
本实用新型用动态恒流源代替一般恒流源，基准电阻为100Ω的精密电阻，通过数字控制模拟开关，在测量铂电阻的电压之前先测量由一般恒流源提供电流的基准电阻的电压，基准电阻的阻值已知，根据基准电阻的电压即可得出一般恒流源提供电流的真实值；而后测量通过模拟开关快速选通至被测铂电阻后的电压，从而得到被测铂电阻的阻值，再计算得到温度的真实值，从而提高温度表的测量精确度。
附图说明
图1为本实用新型电路原理图。
图2为本实用新型原理框图。
图3为动态恒流源电路原理图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本实用新型作进一步说明。
如图1、2所示，一种应用动态恒流源的铂电阻数字温度表，包括单片机U21、实时时钟、通信接口、USB接口、显示模块、模拟开关U22、A/D转换器U33、恒流源模块、测温铂电阻PT100和基准电阻R17；所述单片机U21分别与实时时钟、通信接口、USB接口、显示模块、模拟开关U22和A/D转换器U33连接；本实施例中，所述单片机U21采用STC89C52芯片，模拟开关U22采用CD4052芯片，A/D转换器U33采用ICL7135芯片，实时时钟采用DS1302芯片，通信接口采用MAX232芯片，USB接口采用CH340芯片，显示模块采用8位LED数码显示DS1、DS2。
如图3所示，所述恒流源模块包括稳压源模块、运算放大器U13A和固定电阻。所述稳压模块包括可控精密稳压源TL431和可变电阻R12，提供2.6000V稳定电压。所述固定电阻的阻值为2K，本实用新型采用4个2kΩ的电阻R13、R14、R15和R16组成；R13并联R14组成第一电阻组，R15并联R16组成第二电阻组，第一电阻组与第二电阻组串联。运算放大器U13A采用LM324芯片。稳压源模块与固定电阻配合使恒流源模块输出1.3mA的恒流源。
如图3所示，所述稳压源模块的输出端与运算放大器U13A的同相输入端连接；所述固定电阻的一端与运算放大器U13A的反相输入端连接，另一端接地。所述模拟开关U22与运算放大器U13A的反相输入端连接，运算放大器U13A的输出端通过所述基准电阻R17与模拟开关U22连接，算放大器的输出端通过所述测温铂电阻PT100与模拟开关U22连接，算放大器的输出端与A/D转换器U33连接。
如图2、3所示，模拟开关U22为差分四通道数字控制模拟电子开关，由单片机U21控制其通道选择和芯片选通。阻值为100Ω的基准电阻R17和测温铂电阻PT100并联组成，数字控制模拟开关U22的控制端为单片机U21P1.0引脚，单片机U21P1.0引脚与模拟开关U22的A引脚相连，模拟开关U22的B引脚接地相当于低电位。A/D转换器U33采样开始时，由单片机U21程序控制，当P1.0为低电位时，模拟开关U22选通CH0通道，即12脚和1脚，电流通过基准电阻R17，测得基准电阻R17上的电压；当P1.0为高电位时，模拟开关U22选通CH1通道，即14脚和5脚，电流通过测温铂电阻PT100，测得测温铂电阻PT100上的电压。CH0与CH1通道切换的间隔时间为40ms（此间隔时间可人为设置），间隔时间极短，因此可以认为两通道分别打通测量电压时电流是相等的。
如图3所示，信号由模拟开关U22公共输出端13脚传至A/D转换器U33被测电压输入端9脚。A/D转换器U33测得信号后由指示积分器处于积分状态的标志信号输出端21脚传至单片机U21进行计数，由单片机U21及相关程序得出电压。
如图3所示，所述测温铂电阻PT100通过针座J22与运算放大器U13A和A/D转换器U33连接，测温铂电阻PT100从针座J22的1、2引脚接入。
本实用新型系统总电源为5V的稳定电压。
本实用新型利用测温铂电阻PT100的阻值与温度的关系：R(pt) = 0.39 * T +100（线性度小于±0.01﹪），进行温度测量。本实用新型所要解决的技术问题是如何避开可能产生“漂移”的恒流源，更精准地获取测温铂电阻PT100的真实值。本实用新型由运算放大器U13A、精准稳压器、高精度电阻（RS）组成普通恒流源IS，通过对模拟开关K1、K1＇、K2、K2＇的控制，先测量恒流源流过基准电阻阻值Rref所产生的压降U(Rref)，再测量恒流源流过测温铂电阻阻值RPT所产生的压降U(RPT)，测温铂电阻阻值：RPT = U(RPT)/Is = U(RPT)/U(Rref)*Rref，这样，RPT的值由A/D转换器U33测到的二个值U(RPT)和U(Rref)决定（Rref固定），避开了可能产生最大“漂移”的恒流源IS。“动态”体现在不再认为恒流源电流保持绝对恒定，承认其存在漂移并通过以上方式避开漂移。本实用新型的有益效果是：由于外界环境因素的变化和电路元件自身老化引起恒流源IS漂移，使得通过测温铂电阻PT100测得的温度值存在的误差，本实用新型通过动态恒流源的方式避开恒流源IS，更准确的得到测温铂电阻PT100的真实值，提高用测温铂电阻PT100测温的精确度。
Claims (8)
1.一种应用动态恒流源的铂电阻数字温度表，其特征在于：包括单片机、显示模块、模拟开关、A/D转换器、恒流源模块、测温铂电阻、基准电阻；所述单片机分别与显示模块、模拟开关和A/D转换器连接；所述恒流源模块包括稳压源模块、运算放大器和固定电阻；所述稳压源模块的输出端与运算放大器的同相输入端连接；所述固定电阻的一端与运算放大器的反相输入端连接，另一端接地；基准电阻通过模拟开关的0通道与A/D转换器连接，测温铂电阻通过模拟开关的1通道与A/D转换器连接。
2.根据权利要求1所述的应用动态恒流源的铂电阻数字温度表，其特征在于：所述稳压源模块包括可控精密稳压器和可变电阻，稳压模块的输出电压为2.6000V。
3.根据权利要求1所述的应用动态恒流源的铂电阻数字温度表，其特征在于：所述固定电阻的阻值为2KΩ，由4个2KΩ的电阻R13、R14、R15和R16组成，R13并联R14组成第一电阻组，R15并联R16组成第二电阻组，第一电阻组与第二电阻组串联。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的应用动态恒流源的铂电阻数字温度表，其特征在于：所述恒流源模块的输出电流值为1.3mA。
5.根据权利要求1所述的应用动态恒流源的铂电阻数字温度表，其特征在于：所述测温铂电阻在三接口插座的1、2引脚处接入。
6.根据权利要求1所述的应用动态恒流源的铂电阻数字温度表，其特征在于：所述模拟开关为4通道双路开关，CH0通道的Y开关K1连接基准电阻与恒流源模块，CH0通道的X开关K1’连接基准电阻与A/D转换器；CH1通道的Y开关K2连接测温铂电阻与恒流源模块，CH1通道的X开关K2’连接测温铂电阻与A/D转换器。
7.根据权利要求1所述的应用动态恒流源的铂电阻数字温度表，其特征在于：所述模拟开关为CD4052芯片，其片选引脚INH与所述单片机STC89C52的P1.1引脚连接，其通道选通A连接STC89C52的P1.0引脚，其通道选通B接地。
8.根据权利要求1所述的应用动态恒流源的铂电阻数字温度表，其特征在于：所述单片机为C89C52芯片，A/D转换器为双积分ICL7135芯片，单片机控制A/D转换器的启动和结果的读取。
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| CN201620764715.9U CN205843835U (zh) | 2016-07-20 | 2016-07-20 | 应用动态恒流源的铂电阻数字温度表 |
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| CN205843835U true CN205843835U (zh) | 2016-12-28 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107560762A (zh) * | 2017-09-06 | 2018-01-09 | 阳光电源股份有限公司 | 一种pt100电阻测温方法及系统 |
| CN114144645A (zh) * | 2019-07-31 | 2022-03-04 | 三菱电机大楼技术服务株式会社 | 测温系统、测温传感器单元以及测温系统的结构变更方法 |
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