CN206638581U - 一种红外气体传感器温度补偿电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种红外气体传感器温度补偿电路，该电路设置于模拟信号前置放大电路与模拟信号输出之间，对模拟信号前置放大电路的输出信号进行温度补偿；所述温度补偿电路包含反相放大电路、温度补偿电阻和低通滤波电路；所述反相放大电路的放大倍数根据温度变化而变化，在温度为25℃时，反相放大电路放大倍数为2；所述温度补偿电阻为NTC热敏电阻；所述低通滤波电路为RC一阶低通滤波器；本实用新型可以有效修正红外气体传感器受环境温度影响而产生的测量误差，保证红外气体传感器在不同温度环境中工作时测量数据的准确性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种传感器温度补偿电路，具体涉及一种红外气体传感器温度补偿电路。
背景技术
红外原理气体传感器通过热释电探测器探测红外光源发出的红外线能量的变化来检测气体浓度值，热释电探测器和红外光源组装在气体分析室内，气体分析室与电路、结构件、密封件等组装在一起，热释电探测器输出信号十分微弱，一般需要对其进行放大、滤波等后级处理电路，因此红外原理气体传感器内部零件种类较多、数量较多；红外原理气体传感器应用场合有室内、室外，环境差异较大，因此红外原理气体传感器需要工作在较宽的环境温度中，当环境温度发生变化时，红外原理气体传感器内部有电子器件的温度漂移、热释电探测器的温度漂移、红外光源的温度漂移、塑料结构件的热胀冷缩等现象发生，导致红外原理气体传感器测量数据出现误差。
发明内容
本实用新型要解决的问题在于提供一种红外气体传感器温度补偿电路，这种温度补偿电路为硬件补偿，具有很强的实时性和可靠性，在环境温度发生变化时，温度敏感器件的电参数跟随温度的变化而变化，从而实现红外气体传感器在不同温度环境中工作时测量数据误差的修正。
为了解决上述问题，本实用新型通过以下方式来实现。
一种红外气体传感器温度补偿电路，设置于模拟信号前置放大电路与模拟信号输出之间，包括反相放大电路、温度补偿电阻和低通滤波电路，所述反相放大电路的放大倍数根据温度变化而变化，在温度为25℃时，反相放大电路放大倍数为2；所述温度补偿电阻为NTC热敏电阻；所述低通滤波电路为RC一阶低通滤波器。
基于上述，所述反相放大电路的放大倍数与温度值成正比例关系，运算放大器型号为AD8661。
基于上述，所述温度补偿电阻为NTC热敏电阻，其电阻常数为3380K，在温度为25℃时，NTC热敏电阻的电阻值为10K。
基于上述，所述低通滤波电路为RC一阶低通滤波器，其时间常数为10mS，对应的截止频率为100Hz。
本实用新型的有益效果是：提供一种基于硬件的红外气体传感器温度补偿电路，可使红外气体传感器工作的环境温度发生变化时，仍然可以保持检测数据的准确性。
附图说明
图1为本实用新型的流程图。
图2为本实用新型温度补偿电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。
本实用新型提供一种红外气体传感器温度补偿电路，该电路设置于模拟信号前置放大电路与模拟信号输出之间，对模拟信号前置放大电路的输出信号进行温度补偿；所述温度补偿电路包含反相放大电路、温度补偿电阻和低通滤波电路；所述反相放大电路的放大倍数根据温度变化而变化，在温度为25℃时，反相放大电路放大倍数为2；所述温度补偿电阻为NTC热敏电阻；所述低通滤波电路为RC一阶低通滤波器；本实用新型可以有效修正红外气体传感器受环境温度影响而产生的测量误差，保证红外气体传感器在不同温度环境中工作时测量数据的准确性。
如图1所示，一种红外气体传感器温度补偿电路，包含反相放大电路、温度补偿电阻和低通滤波电路。
所述反相放大电路的放大倍数与温度值成正比例关系，在反相放大电路的反馈电阻上并联了一只电容，用于滤除电路中的高频噪声。
所述温度补偿电阻为NTC热敏电阻，其电阻常数为3380K，当温度为0℃、15℃、25℃、35℃和50℃时NTC热敏电阻对应的电阻值分别为27.22K、14.67K、10K、6.95K和4.16K，可见，在温度为0℃-50℃范围内，NTC热敏电阻的电阻值与温度为近似线性关系。
所述低通滤波电路为RC一阶低通滤波器，其时间常数为10mS，对应的截止频率为100Hz，可有效滤除波形上的毛刺，使输出信号的波形更加平滑和稳定。
如图2所示，U9A的3脚为放大器的同相输入端，与模拟信号前置放大电路输出端相连，R1、R2、R3组成反相放大器，其放大倍数Av由固定电阻R1、R3和NTC热敏电阻R2共同决定，Av=1+R1/(R2+R3)。传感器前端的红外光源、热电堆探测器受温度影响较大，且其输出的信号与温度成反比例关系，且呈线性比例。热电堆探测器的输出信号经模拟信号前置放大电路后，信号幅度增大至1000mV左右，由于模拟信号前置放大电路受温度影响很小，经其放大后的信号仍然与温度成反比例关系，令温度为0℃、25℃时，经前置放大电路的输出信号幅值分别为Vi1、Vi2，由于经温度补偿电路后的输出信号在不同工作温度时数值相同，因此Vi1和Vi2经温度补偿电路后的输出信号都为Vo，则有：Vi1*(1+R1/(R2'+R3))=Vi2*(1+R1/(R2''+R3))，式中R2'和R2''分别为NTC热敏电阻R2在0℃和25℃时的电阻值，将R2'和R2''代入后为：Vi1*(1+R1/(27.22+R3))=Vi2*(1+R1/(10+R3))；又在温度为25℃时，反相放大电路设计的放大倍数为2，则有：1+R1/(10+R3)=2，变换后为R1=10+R3，将R1=10+R3代入式Vi1*(1+R1/(27.22+R3))=Vi2*(1+R1/(10+R3))中，简化后可得R3=(27.22*Vi2-18.61*Vi1)/(Vi1-Vi2)。因此，通过测量0℃和25℃时前置放大电路的输出信号幅值Vi1和Vi2，可以确定固定电阻R1和R3的电阻值，当环境温度发生变化时，由固定电阻R1、R3和NTC热敏电阻R2组成的带温度补偿功能的反相放大器可以将最终的输出信号补偿为一致。
例如，当0℃、25℃时前置放大电路的输出信号幅值Vi1、Vi2分别为1.2V、1.0V，根据上面推导的公式可以计算出R3=24.44K，R1=34.44K。因此，当环境温度为0℃时，R2=27.22K，Vi1经反相放大器后的输出信号为：
Vo1=Vi1*(1+R1/(R2+R3)=1.2*(1+34.44/(27.22+24.44))=2.0V。
当环境温度为25℃时，R2=10K，Vi2经反相放大器后的输出信号为：
Vo2=Vi2*(1+R1/(R2+R3)=1.0*(1+34.44/(10+24.44))=2.0V。
可见，即使输入信号受温度影响有所不同，经过带温度补偿功能的反相放大器后，最终的输出信号仍然一致，实现了传感器信号受温度影响的补偿。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，因此，凡在本实用新型的原则之内所作的任何修改、等同变换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种红外气体传感器温度补偿电路，该电路设置于模拟信号前置放大电路与模拟信号输出之间，包括反相放大电路、温度补偿电阻和低通滤波电路，其特征在于，所述反相放大电路的放大倍数根据温度变化而变化，在温度为25℃时，反相放大电路放大倍数为2；所述温度补偿电阻为NTC热敏电阻；所述低通滤波电路为RC一阶低通滤波器。
2.根据权利要求1所述的一种红外气体传感器温度补偿电路，其特征在于：所述反相放大电路的放大倍数与温度值成正比例关系，所采用的运算放大器为AD8661。
3.根据权利要求1所述的一种红外气体传感器温度补偿电路，其特征在于：温度补偿电阻为NTC热敏电阻，其电阻常数为3380K，在温度为25℃时，NTC热敏电阻的电阻值为10K。
4.根据权利要求1所述的一种红外气体传感器温度补偿电路，其特征在于：所述低通滤波电路为RC一阶低通滤波器，其时间常数为10mS，对应的截止频率为100Hz。
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