CN207556706U - 测温电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供一种测温电路，属于测温电路技术领域，解决了现有技术中测温电路输出信号非线性准确度低，模拟信号易受干扰的问题。所述测温电路包括：电源，将温度变化量转化为电压变化量的三极管电路，以及将所述电压变化量转化为脉宽变化量或频率变化量的信号转换电路，其中所述电源、三极管电路和信号转换电路三者之间相互连接。本实用新型实施例适用于测量温度的电路中。

Description

测温电路

技术领域

本实用新型涉及测温电路技术领域，具体地涉及一种测温电路。

背景技术

在工、农业生产和日常生活中，对温度的测量及控制占据着及其重要地位。半导体材料做成的热敏电阻是对温度变化表项出非常敏感的电阻元件，由于半导体中的载流子数目随温度升高而按指数规律迅速增加，温度越高，载流子的数目越多，导电能力越强，电阻率也就越小，因此热敏电阻随着温度的升高，它的电阻将按指数规律迅速减小，称之为负温度系数(Negative Temperature Coefficient，NTC)热敏电阻。如图1所示的采用负温度系数热敏电阻测量温度的电路图，温度的变化引起电压值的变化，通过采集电压值经过计算得到环境温度。

本申请实用新型人在实现本实用新型的过程中发现，现有技术的上述方案具有如下缺陷：输出信号为非线性，得到的温度值准确度低。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的是提供一种测温电路，解决了现有技术中测温电路输出信号非线性准确度低，模拟信号易受干扰的问题，实现了输出信号线性度好，精确度高，便于长距离传输。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供一种测温电路，所述测温电路包括：电源，将温度变化量转化为电压变化量的三极管电路，以及将所述电压变化量转化为脉宽变化量或频率变化量的信号转换电路；其中所述电源、三极管电路和信号转换电路三者之间相互电连接。

进一步地，所述三极管电路设置有三极管、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第二电容；其中，所述第三电阻的一端与所述三极管的基极连接，另一端接地，所述三极管的发射极通过所述第四电阻与所述电源连接，所述三极管的集电极通过所述第二电容接地，所述三极管的基极通过所述第五电阻与所述电源连接。

进一步地，所述信号转换电路设置有第一NE555(即Timer IC，8脚时基集成电路)、第二NE555、第一电阻、第二电阻和第一电容；其中，所述第一电阻的一端与所述电源连接，所述第一电阻的另一端与所述第一NE555引脚7通过所述第二电阻、所述第一电容接地，所述第一NE555引脚6和引脚2通过所述第一电容接地，所述第一NE555引脚3与所述第二NE555引脚2连接，所述第二NE555引脚7和引脚6通过所述第二电容接地，所述第二NE555引脚3为所述测温电路的输出端，所述第一NE555和所述第二NE555的引脚4和引脚8与所述电源连接，所述第一NE555和所述第二NE555的引脚1接地。

进一步地，所述信号转换电路还设置有第三电容和第四电容；其中，所述第一NE555引脚5通过所述第三电容接地连接，所述第二NE555引脚5通过所述第四电容接地。

进一步地，所述三极管电路设置有第一三极管、第二三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第六电阻；其中，所述第一电阻的一端与所述电源连接，另一端与所述第一三极管的基极连接，所述第二电阻的一端与所述电源连接，另一端与所述第一三极管的发射极连接，所述第三电阻的一端与所述第一三极管的基极连接，另一端与所述第四电阻的一端连接，所述四电阻的另一端与所述第二三极管的基极连接，所述第二三极管的基极通过所述第五电阻接地，所述第二三极管的发射极通过所述第六电阻接地，所述第一三极管的集电极与所述第二三极管的集电极连接。

进一步地，所述信号转换电路设置有第一运算放大器、第二运算放大器、第一电容、第七电阻、第八电阻、第九电阻和第十电阻；其中，所述第一运算放大器的反向输入端通过所述第一电容分别与所述第一运算放大器的输出端和所述第二运算放大器的反向输入端连接，所述第一运算放大器的反向输入端与所述第一三极管的集电极连接，所述第二运算放大器的同相输入端通过所述第九电阻分别与所述第一运算放大器的同相输入端、所述第七电阻的一端和所述第八电阻的一端连接，所述第七电阻的另一端连接所述电源，所述第八电阻的另一端接地，所述第二运算放大器的同相输入端通过所述第十电阻分别与所述第二运算放大器的输出端、所述第三电阻和所述第四电阻连接，所述第二运算放大器的输出端为所述测温电路的输出端。

通过上述技术方案，利用三极管PN结的温度特性，所述测温电路包括了电源，将温度变化量转化为电压变化量的三极管电路，以及将所述电压变化量转化为脉宽变化量或频率变化量的信号转换电路。本实用新型实施例解决了现有技术中测温电路的输出结果与温度之间非线性，得到的温度值准确度低的问题，实现了输出信号与温度之间良好的线性度，提高了测量温度值的准确性，便于长距离传输。

本实用新型实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型实施例，但并不构成对本实用新型实施例的限制。在附图中：

图1是本实用新型实施例提供的一种测温电路的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种测温电路的电路图；

图3是本实用新型实施例提供的另一种测温电路的电路图；

图4是本实用新型实施例提供的在-10℃下测温电路的输出方波波形图；

图5是本实用新型实施例提供的在0℃下测温电路的输出方波波形图；

图6是本实用新型实施例提供的在+10℃下测温电路的输出方波波形图；

图7是本实用新型实施例提供的测温电路输出的脉冲宽度倒数与温度的关系图；

图8是本实用新型实施例提供的一种测温电路的电路图；

图9是本实用新型实施例提供的另一种测温电路的电路图；

图10是本实用新型实施例提供的在-10℃下测温电路的输出方波波形图；

图11是本实用新型实施例提供的在0℃下测温电路的输出方波波形图；

图12是本实用新型实施例提供的在+10℃下测温电路的输出方波波形图；

图13是本实用新型实施例提供的测温电路输出的频率与温度的关系图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型实施例，并不用于限制本实用新型实施例。

本实用新型提供一种测温电路，如图1所示，所述测温电路包括：电源11，将温度变化量转化为电压变化量的三极管电路12，以及将所述电压变化量转化为脉宽变化量或频率变化量的信号转换电路13，其中所述电源11、三极管电路12和信号转换电路13三者之间相互连接。

其中，利用了三极管中PN结的温度特性，如三极管中的基极与发射极两端的电压Vbe的大小随着温度的升高而减小，从而再通过所示信号转换电路将电压变化量转化为脉宽变化量或频率变化量，得到与温度数据线性度更好，更易于测量的信号，如本实施例中的脉宽变化量或频率变化量，根据上述变化量得到温度变化量，进而实现温度的测量。

本实用新型实施例解决了现有技术中测温电路的输出结果与温度之间非线性，得到的温度值准确度低的问题，实现了输出信号与温度之间良好的线性度，提高了测量温度值的准确性，便于长距离传输。

图2示出了本实用新型实施例提供的一种测温电路的电路图。如图2所示，所述三极管电路设置有三极管Q、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第二电容C2，所述信号转换电路设置有第一NE555(即Timer IC，8脚时基集成电路)U1、第二NE555 U2、第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容C1。

其中，所述第三电阻R3的一端与所述三极管Q的基极连接，另一端接地，所述三极管Q的发射极通过所述第四电阻R4与所述电源VCC连接，所述三极管Q的集电极通过所述第二电容R2接地，所述三极管Q的基极通过所述第五电阻R5与所述电源VCC连接。

上述三极管Q与第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5共同组成温控恒流源，为第二电容R2充电，而充电电流可通过获得，因此，通过上式可知，充电电流与Vbe相关，而Vbe与温度相关，因此，充电电流与温度相关。

所述第一电阻R1的一端与所述电源VCC连接，所述第一电阻R1的另一端与所述第一NE555 U1引脚7通过所述第二电阻R2、所述第一电容C1接地，所述第一NE555 U1引脚6和引脚2通过所述第一电容C1接地，所述第一NE555 U1引脚3与所述第二NE555 U2引脚2连接，所述第二NE555 U2引脚7和引脚6通过所述第二电容C2接地，所述第二NE555 U2引脚3为所述测温电路的输出端Output，所述第一NE555 U1和所述第二NE555 U2的引脚4和引脚8与所述电源VCC连接，所述第一NE555 U1和所述第二NE555 U2的引脚1接地。

由图2可知第二电容C2的充电时间影响第二NE555 U2输出的脉冲宽度，因此温度也就与第二NE555 U2输出的脉冲宽度相关。

图2所示的测温电路输出的信号为脉冲宽度，本实施例中所述的脉冲宽度是指方波高电平的脉宽。其中，所述三极管Q的基极与发射极两端的电压Vbe的大小随温度的升高而减小，利用NE555设计的经典多谐振荡器线性相关于Vbe，进而与温度呈线性关系。

所述第一NE555 U1为多谐振荡器，输出为固定频率载波，决定输出端输出脉冲的周期，第二NE555 U2为单稳触发器，输出稳定脉宽。通过所述第一电阻R1和所述第二电阻R2为所述第一电容C1充电，并通过公式(1)得到所述第一NE555 U1引脚3的高电平持续时间：

T1＝0.693*(R1+R2)*C1 公式(1)

其中，T1为所述第一NE555 U1引脚3的高电平持续时间，即正脉冲宽度。

通过所述第二电阻R2为所述第一电容C1放电，并通过公式(2)得到所述第一NE555U1引脚3的低电平持续时间：

T2＝0.693*R2*C1 公式(2)

其中，T2为所述第一NE555 U1引脚3的低电平持续时间，即负脉冲宽度。

另外，所述第一NE555 U1引脚3的输出为负脉冲时，所述第二NE555U2引脚3的输出为正脉冲。其中，所述第二NE555 U2引脚3输出的正脉冲宽度与温度线性相关。

图3示出了本实用新型实施例提供的一种测温电路的电路图。如图3所示，为了抗干扰，所述信号转换电路还设置有第三电容C3和第四电容C4，其中所述第一NE555 U1引脚5通过所述第三电容C3接地连接，所述第二NE555 U2引脚5通过所述第四电容C4接地。

通过图3中所示的每个元件的参数，所示电源VCC是5V电源，在三种不同温度下，如-10℃，0℃以及10℃下，经过电路仿真后，如图4至图6所示，得到了对应于三种温度下所述第二NE555 U2引脚3输出的方波波形图，经过记录得到了如表1所示的在不同温度下，所述第二NE555 U2引脚3输出的方波脉冲宽度。

表1

将表1所示的温度与脉冲宽度的对应关系，转换为如图7所示的折线图，从图7中可以看出脉冲宽度倒数与温度之间的线性度好，通过输出的脉冲宽度就能得到要测量的温度，提供了温度测量的精确度。另外，输出的方波为数字信号，相对于模拟信号而言，抗干扰性强，便于长距离传输，便于隔离。

图8示出了本实用新型实施例提供的一种测温电路的电路图。如图8所示，所述三极管电路设置有第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6，所述信号转换电路设置有第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第一电容C1、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9和第十电阻R10。

其中，所述第一电阻R1的一端与所述电源VCC连接，另一端与所述第一三极管Q1的基极连接，所述第二电阻R2的一端与所述电源VCC连接，另一端与所述第一三极管Q1的发射极连接，所述第三电阻R3的一端与所述第一三极管Q1的基极连接，另一端与所述第四电阻R4的一端连接，所述四电阻R4的另一端与所述第二三极管Q2的基极连接，所述第二三极管Q2的基极通过所述第五电阻R5接地，所述第二三极管Q2的发射极通过所述第六电阻R6接地，所述第一三极管Q1的集电极与所述第二三极管Q2的集电极连接。

图8所示的电路图相当于包括了图2或图3所示的两组温控恒流源，即一组为第一三极管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3，另一组为第二三极管Q2、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6，通过两组温控恒流源控制第一电容C1的充电，实现了无论是高电平还是低电平都可以使得温度与充电电流相关。

其中，所述第一运算放大器U1的反向输入端通过所述第一电容C1分别与所述第一运算放大器U1的输出端和所述第二运算放大器U2的反向输入端连接，所述第一运算放大器U1的反向输入端与所述第一三极管Q1的集电极连接，所述第二运算放大器U2的同相输入端通过所述第九电阻R9分别与所述第一运算放大器U1的同相输入端、所述第七电阻R7的一端和所述第八电阻R8的一端连接，所述第七电阻R7的另一端连接所述电源VCC，所述第八电阻R8的另一端接地，所述第二运算放大器U2的同相输入端通过所述第十电阻R10分别与所述第二运算放大器U2的输出端、所述第三电阻R3和所述第四电阻R4连接，所述第二运算放大器U2的输出端为所述测温电路的输出端。

其中，所述第一三极管Q1与所述第二三极管Q2采用互补对管，所述第一运算放大器U1与所述第二运算放大器U2是两个轨到轨的单电源运放，电源VCC经过所述第七电阻R7与所述第八电阻R8分压为所述第一运算放大器U1与所述第二运算放大器U2提供基准电压。通过采用所述第一三极管Q1与所述第二三极管Q2的互补对管，实现了高、低电平均为线性。图8所示的电路构成多谐振荡器线性相关于两个三极管的Vbe，进而与温度呈线性关系。

通过图9中所示的每个元件的参数，所示电源VCC是5V电源，在三种不同温度下，如-10℃，0℃以及10℃，经过电路仿真后，如图10至图12所示，得到了对应于三种温度下所述第二运算放大器U2输出端的方波波形图，经过记录得到了如表2所示的在不同温度下，所述第二运算放大器U2输出端的方波频率。

表2

将表2所示的温度与频率的对应关系，转换为如图13所示的折线图，从图13中可以看出频率与温度之间的线性度好，通过输出的频率就能得到要测量的温度，提供了温度测量的精确度。另外，输出的方波为数字信号，相对于模拟信号而言，抗干扰性强，便于长距离传输，便于隔离。

以上结合附图详细描述了本实用新型实施例的可选实施方式，但是，本实用新型实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型实施例的技术构思范围内，可以对本实用新型实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型实施例的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型实施例的思想，其同样应当视为本实用新型实施例所公开的内容。

Claims (6)

1.一种测温电路，其特征在于，所述测温电路包括：电源，将温度变化量转化为电压变化量的三极管电路，以及将所述电压变化量转化为脉宽变化量或频率变化量的信号转换电路；其中所述电源、三极管电路和信号转换电路三者之间相互电连接。

2.根据权利要求1所述的测温电路，其特征在于，所述三极管电路设置有三极管、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第二电容；

其中，所述第三电阻的一端与所述三极管的基极连接，另一端接地，所述三极管的发射极通过所述第四电阻与所述电源连接，所述三极管的集电极通过所述第二电容接地，所述三极管的基极通过所述第五电阻与所述电源连接。

3.根据权利要求2所述的测温电路，其特征在于，所述信号转换电路设置有第一NE555、第二NE555、第一电阻、第二电阻和第一电容；

其中，所述第一电阻的一端与所述电源连接，所述第一电阻的另一端与所述第一NE555引脚7通过所述第二电阻、所述第一电容接地，所述第一NE555引脚6和引脚2通过所述第一电容接地，所述第一NE555引脚3与所述第二NE555引脚2连接，所述第二NE555引脚7和引脚6通过所述第二电容接地，所述第二NE555引脚3为所述测温电路的输出端，所述第一NE555和所述第二NE555的引脚4和引脚8与所述电源连接，所述第一NE555和所述第二NE555的引脚1接地。

4.根据权利要求3所述的测温电路，其特征在于，所述信号转换电路还设置有第三电容和第四电容；

其中，所述第一NE555引脚5通过所述第三电容接地连接，所述第二NE555引脚5通过所述第四电容接地。

5.根据权利要求1所述的测温电路，其特征在于，所述三极管电路设置有第一三极管、第二三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第六电阻；

其中，所述第一电阻的一端与所述电源连接，另一端与所述第一三极管的基极连接，所述第二电阻的一端与所述电源连接，另一端与所述第一三极管的发射极连接，所述第三电阻的一端与所述第一三极管的基极连接，另一端与所述第四电阻的一端连接，所述四电阻的另一端与所述第二三极管的基极连接，所述第二三极管的基极通过所述第五电阻接地，所述第二三极管的发射极通过所述第六电阻接地，所述第一三极管的集电极与所述第二三极管的集电极连接。

6.根据权利要求5所述的测温电路，其特征在于，所述信号转换电路设置有第一运算放大器、第二运算放大器、第一电容、第七电阻、第八电阻、第九电阻和第十电阻；

其中，所述第一运算放大器的反向输入端通过所述第一电容分别与所述第一运算放大器的输出端和所述第二运算放大器的反向输入端连接，所述第一运算放大器的反向输入端与所述第一三极管的集电极连接，所述第二运算放大器的同相输入端通过所述第九电阻分别与所述第一运算放大器的同相输入端、所述第七电阻的一端和所述第八电阻的一端连接，所述第七电阻的另一端连接所述电源，所述第八电阻的另一端接地，所述第二运算放大器的同相输入端通过所述第十电阻分别与所述第二运算放大器的输出端、所述第三电阻和所述第四电阻连接，所述第二运算放大器的输出端为所述测温电路的输出端。