CN207622886U - 一种铂电阻温度信号调理电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种铂电阻温度信号调理电路，由以下部分组成：铂电阻信号输入至铂电阻传感器阻值测量模块，铂电阻传感器阻值测量模块、AD转换模块、微控制器模块、DA隔离输出模块依次连接，DA隔离输出模块将测量的温度变换为电压模式输出。本实用新型能够对PT100温度传感器的输出信号进行采集、调理及输出。可以使采集精度大大提高，且适应更复杂的环境。具有精度高、可靠性高的优点。通过可编程DA隔离输出模块的设计，使得调理电路的输出能够适应不同系统的要求，提高其灵活性。通过本实用新型对铂电阻温度传感器的采集变换，可以更加精确的采集飞行器特定部位飞行过程中的温度，为实验的准确性提供可靠保证。

Description

一种铂电阻温度信号调理电路

技术领域

本实用新型属于航天传感器领域，具体涉及软件补偿式的PT100温度传感器信号采集、变换及输出的一种铂电阻温度信号调理电路。

背景技术

随着技术发展的需要，对新型航天飞行器的要求逐渐提高，对飞行器各部件的强度、耐高温、耐氧化的要求也不断提高。耐高温是飞行器结构部件材料选择的一项重要指标。只有明确了飞行器飞行期间各部位实际需要耐受的高温，才能选择合适的材料。

为了量化航天飞行器特定位置在飞行过程中实际承受的高温，需要选用合适的温度传感器及温度调理电路采集温度值。由于实验的特殊性，需要温度传感器具有测温范围大，测温精度高、热响应速度快等特点，而满足这些条件的温度传感器中铂电阻传感器是应用最广泛的一种。

铂电阻传感器阻值在-260℃～630℃的测温区间内阻值与温度间的关系为:R_t＝R₀(1+A*T+B*T²),其中：R₀＝100(0℃时电阻)，A＝3.9684*10^-3,B＝-5.847*10^-7。将参数代入得：R_t＝-5847*10^-5T²+0.39684T+100；由关系式可知，铂电阻与温度变化不成正比，如果用简单的放大电路来实现比例式温度测量将会带来较大测量误差，变化随温度变化而变化。这就使得研究一种调理电路，减小测量误差，提高测量精度具有非常重要的现实意义。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，而提出的一种软件补偿的铂电阻温度信号调理电路，其优点为通过软件补偿方式解决铂电阻测温误差大的缺点，使得铂电阻传感器的温度测量能够实现高精度、高灵敏度、大范围的采集。而可编程DA隔离输出模块的设计，使得调理电路的输出能够适应不同系统的要求，提高其灵活性。

本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种铂电阻温度信号调理电路，包括电源模块(1)、铂电阻传感器阻值测量模块(2)、AD转换模块(3)、微控制器模块(4)、DA隔离输出模块(5)，该调理电路的输入包括铂电阻传感器信号以及电源输入，输出为调理后电压信号，电源接入电源模块(1)进行滤波及稳压处理，经过处理的电源分别为铂电阻传感器阻值测量模块(2)、AD转换模块(3)、微控制器模块(4)、DA隔离输出模块(5)供电，铂电阻信号输入至铂电阻传感器阻值测量模块(2)，铂电阻传感器阻值测量模块(2)输出端接入至AD转换模块(3)，AD转换模块(3)的控制值端连接至微控制器模块(4)，微控制器模块(4)控制AD转换模块将铂电阻传感器阻值测量模块(2)输出的信号进行放大及AD转换，通过算法处理得到当前温度值；微控制器(4)控制DA隔离输出模块(5)将测量的温度变换为电压模式输出。

所述电源模块(1)采用电感和电容进行滤波对输入电源进行滤波及稳压，保证后级电路稳定工作。

所述铂电阻传感器阻值测量模块(2)采用高精度薄膜电阻与铂电阻传感器组成惠斯通电桥，电桥输出温度信号为毫伏电压信号。

所述AD转换模块(3)采用多通道Σ-ΔA/D转换芯片，与微控制器(4)之间采用SPI总线进行通信，由微控制器(4)控制实现铂电阻传感器阻值测量模块(2)输出信号放大及A/D转换。

所述微控制器(4)采用工业级超低功耗单片机。

所述DA输出模块(5)采用16位DA输出芯片，该DA输出芯片通过SPI总线与微控制器(4)连接。

所述DA隔离输出模块(5)的16位DA输出芯片可由微控制器(4)控制输出0.100～2.400V的直流电压信号。

所述DA隔离输出模块(5)的16位DA输出芯片输出的电压信号由轨道轨放大器放大二倍输出,输出电压信号范围为0.200～4.800V。

所述DA隔离输出模块(5)的16位DA输出芯片输出的电压信号与轨道轨放大器放大后输出的信号通过放大器实现高阻隔离。

本实用新型的优点和积极效果是：

本实用新型一种铂电阻温度信号调理电路，能够对PT100铂电阻温度传感器输出信号进行采集、调理及输出。对铂电阻温度信号进行软件补偿处理，可以使采集精度大大提高，且适应更复杂的环境。而软件方式进行温度补偿，具有精度高、可靠性高的优点。通过可编程DA隔离输出模块的设计，使得调理电路的输出能够适应不同系统的要求，提高其灵活性。

通过该温度调理电路对铂电阻温度传感器的采集变换，可以更加精确的采集飞行器特定部位飞行过程中的温度，为实验的准确性提供可靠保证。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图。

图2是电源模块电路图。

图3是铂电阻传感器阻值测量模块电路图。

图4是AD转换模块电路图。

图5是DA隔离输出模块电路图。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型作进一步说明：需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是有本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。

一种铂电阻温度信号调理电路，包括电源模块1、铂电阻传感器阻值测量模块2、AD转换模块3、微控制器模块4、DA隔离输出模块5。该调理电路的输入包括铂电阻传感器信号以及电源输入，输出为调理后电压信号。铂电阻温度信号调理电路结构图见图1，电源接入电源模块1进行滤波及稳压处理，经过处理的电源分别为铂电阻传感器阻值测量模块2、AD转换模块3、微控制器模块4、DA隔离输出模块5供电，铂电阻信号输入至铂电阻传感器阻值测量模块2，铂电阻传感器阻值测量模块2输出端接入至AD转换模块3，AD转换模块3的控制值端连接至微控制器模块4，微控制器模块4控制AD转换模块将铂电阻传感器阻值测量模块2输出的信号进行放大及AD转换，通过算法处理得到当前温度值；微控制器4控制DA隔离输出模块5将测量的温度变换为电压模式输出。

本实用新型的具体实施中，温度传感器为PT100铂电阻传感器，输出信号为电压信号，测温范围为-40℃～500℃；电压信号输出范围为0.200～4.800V。

本实用新型的结构框图如图1所示,具体实施如下:

电源模块设计:所述电源模块1采用电感和电容进行滤波对输入电源进行滤波及稳压，保证后级电路稳定工作。图2为电源模块设计电路,外部直流电源通过J1、J2端子连接至电源模块电路，D1为电源防反接设计，D2、D3为防浪涌设计、T、C1～C7为电源滤波设计、U2为稳压芯片，通过稳压芯片为铂电阻温度信号调理电路各模块供电。

铂电阻传感器阻值测量模块设计：所述铂电阻传感器阻值测量模块2采用高精度薄膜电阻与铂电阻传感器组成惠斯通电桥，电桥输出温度信号为毫伏电压信号。图3为铂电阻传感器阻值测量模块设计电路，R1、Rt、R3、R4组成惠斯通电桥，其中R1、R3、R4为高精度薄膜电阻，Rt为铂电阻温度传感器；R3＝R4；U为传感器的供桥电压；

令：ΔU＝S₊-S_-；由以下关系：

S₊-S_-＝ΔU ③

则有：

由公式④可推导：

由公式⑤可知铂电阻阻值与供桥电压U、桥臂R3及ΔU之间的关系，供桥电压U、桥臂R3已知，ΔU可通过AD转换模块获取。因此R_t阻值可以通过计算获得。

AD模块设计：所述AD转换模块3采用多通道Σ-ΔA/D转换芯片，与微控制器4之间采用SPI总线进行通信，由微控制器4控制实现铂电阻传感器阻值测量模块2输出信号放大及A/D转换。图4给出了AD转换模块的电路图，R7、R8、C11、C12、C13构成铂电阻电桥输出温度信号的滤波电路，R9、R10、R11、R12为AD转换芯片的上拉电阻，U1为AD转换芯片，C14、C15为AD转换芯片的滤波电容。该部分工作原理为微控制器通过SPI总线控制AD转换芯片实现铂电阻电桥温度信号的放大及AD转换；并将转换结果上传到微控制器。微控制器根据传感器电桥输出的信号范围设置AD转换芯片的放大倍数；本项目中微控制器取AD转换芯片的高16位有效值表征测量的传感器输出信号电压；通过关系式⑤计算出铂电阻的阻值，根据计算出的铂电阻阻值在微控制内嵌电阻/温度电子表格中查表求得铂电阻当前的测量温度。

所述微控制器4采用工业级超低功耗单片机。所述微控制器4大规模静态非易性FRAM存储器存储《JJG 229_2010工业铂、铜热电阻检定规程》温度/电阻关系表参数。

DA隔离输出模块设计：所述DA隔离输出模块5的16位DA输出芯片可由微控制器4控制输出0.100～2.400V的直流电压信号。所述DA隔离输出模块5的16位DA输出芯片输出的电压信号由轨道轨放大器放大二倍输出,输出电压信号范围为0.200～4.800V。所述DA隔离输出模块5的16位DA输出芯片输出的电压信号与轨道轨放大器放大后输出的信号通过放大器实现高阻隔离。图5给出了DA隔离输出模块的电路图，U3为DA转换芯片，U4为运算放大器，C16为DA转换芯片滤波电容、C17为信号放大输出滤波电容、C18为运算放大器滤波电容。R16、R17为运算放大器增益电阻，放大倍数DA隔离输出模块的工作原理为：微控制器通过SPI总线控制DA转换芯片输出电压，通过运算放大器对DA芯片输出信号进行高阻隔离及放大，微控制器测量的铂电阻传感器电阻为84.27Ω时，DA隔离输出模块输出信号为0.200V，微控制器测量的铂电阻传感器阻值为280.98Ω时DA隔离输出模块输出的电压为4.800V。

Claims (9)

1.一种铂电阻温度信号调理电路，其特征在于：包括电源模块(1)、铂电阻传感器阻值测量模块(2)、AD转换模块(3)、微控制器模块(4)、DA隔离输出模块(5)，该调理电路的输入包括铂电阻传感器信号以及电源输入，输出为调理后电压信号，电源接入电源模块(1)进行滤波及稳压处理，经过处理的电源分别为铂电阻传感器阻值测量模块(2)、AD转换模块(3)、微控制器模块(4)、DA隔离输出模块(5)供电，铂电阻信号输入至铂电阻传感器阻值测量模块(2)，铂电阻传感器阻值测量模块(2)输出端接入至AD转换模块(3)，AD转换模块(3)的控制值端连接至微控制器模块(4)，微控制器模块(4)控制AD转换模块将铂电阻传感器阻值测量模块(2)输出的信号进行放大及AD转换，通过算法处理得到当前温度值；微控制器模块(4)控制DA隔离输出模块(5)将测量的温度变换为电压模式输出。

2.根据权利要求1所述的一种铂电阻温度信号调理电路，其特征在于：所述电源模块(1)采用电感和电容进行滤波对输入电源进行滤波及稳压，保证后级电路稳定工作。

3.根据权利要求1所述的一种铂电阻温度信号调理电路，其特征在于：所述铂电阻传感器阻值测量模块(2)采用高精度薄膜电阻与铂电阻传感器组成惠斯通电桥，电桥输出温度信号为毫伏电压信号。

4.根据权利要求1所述的一种铂电阻温度信号调理电路，其特征在于：所述AD转换模块(3)采用多通道Σ-ΔA/D转换芯片，与微控制器模块(4)之间采用SPI总线进行通信，由微控制器模块(4)控制实现铂电阻传感器阻值测量模块(2)输出信号放大及A/D转换。

5.根据权利要求1所述的一种铂电阻温度信号调理电路，其特征在于：所述微控制器模块(4)采用工业级超低功耗单片机。

6.根据权利要求1所述的一种铂电阻温度信号调理电路，其特征在于：所述DA输出模块(5)采用16位DA输出芯片，该DA输出芯片通过SPI总线与微控制器模块(4)连接。

7.根据权利要求6所述的一种铂电阻温度信号调理电路，其特征在于：所述DA隔离输出模块(5)的16位DA输出芯片可由微控制器模块(4)控制输出0.100～2.400V的直流电压信号。

8.根据权利要求6所述的一种铂电阻温度信号调理电路，其特征在于：所述DA隔离输出模块(5)的16位DA输出芯片输出的电压信号由轨道轨放大器放大二倍输出,输出电压信号范围为0.200～4.800V。

9.根据权利要求6所述的一种铂电阻温度信号调理电路，其特征在于：所述DA隔离输出模块(5)的16位DA输出芯片输出的电压信号与轨道轨放大器放大后输出的信号通过放大器实现高阻隔离。