CN208187581U - 一种高精度温度测量厚膜电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种高精度温度测量厚膜电路，包括温度测量电路板，所述温度测量电路板为矩形板状，所述温度测量电路板的两侧分别焊接有7个针状引脚，所述温度测量电路板上焊接有惠斯通电桥、电压源、放大器、输出调整电路，所述惠斯通电桥的输入端连接温度传感器，所述惠斯通电桥的输出端连接所述放大器的输入端，所述放大器的输出端连接所述输出调整电路，所述电压源分别连接所述惠斯通电桥和输出调整电路，为其提供工作电压。本实用新型通过模块化设计，不但使得仪器小型化，可通用于各种需要测量温度参数的测井仪器中，而且提高了可靠性。

Description

一种高精度温度测量厚膜电路

技术领域

本实用新型涉及电路技术领域，特别涉及一种高精度温度测量厚膜电路。

背景技术

在石油勘探测井中，测井仪器被下放到几千米深的钻孔中，钻孔中的温度值随着深度增加也逐渐升高，一般测井过程中，我们需要得到钻孔中的环境温度或者测井仪器中某个元器件附近的环境温度，钻孔中的环境温度测量又叫井温测量，主要用于研究地质构造、岩层性质、寻找有用矿产以及检查钻孔技术状况，而后者主要用于测井仪器中的温度补偿功能。

铂电阻温度传感器作为一种高精度温度传感器广泛用于气象、汽车、航空、工业自动化测量和各种实验仪器仪表等领域。铂电阻温度传感器的测温原理是金属铂(PT)电阻值随着环境温度变化而变化，且其电阻值和温度值之间有确定的函数关系，最常见的类型是Pt100和Pt1000。而且铂电阻测温的范围较大，一般能达到-200℃～600℃。钻孔中的温度变化一般在-20℃～220℃。所以铂电阻测温完全能达到要求。

铂电阻温度传感器配合温度测量厚膜电路可以达到超高精度，超高稳定的温度测量要求，可适用于各种需要测温的石油勘探测井仪器中。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的在于提出一种高精度温度测量厚膜电路，通过模块化设计，不但使得仪器小型化，可通用于各种需要测量温度参数的测井仪器中，而且提高了可靠性。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种高精度温度测量厚膜电路，其特征在于，包括温度测量电路板，所述温度测量电路板为矩形板状，所述温度测量电路板的两侧分别焊接有7个针状引脚，所述温度测量电路板上焊接有惠斯通电桥、电压源、放大器、输出调整电路，所述惠斯通电桥的输入端连接温度传感器，所述惠斯通电桥的输出端连接所述放大器的输入端，所述放大器的输出端连接所述输出调整电路，所述电压源分别连接所述惠斯通电桥和输出调整电路，为其提供工作电压。

进一步，所述温度测量电路板其中一侧的7个针状引脚从1至7分别为1VREF引脚、NC引脚、TEMP-引脚、NC引脚、TEMP+引脚、-15V引脚、AGND引脚，另一侧的7个针状引脚从8至14分别为AGND引脚、+15V引脚、NC引脚、TEMP引脚、NC引脚、-15V引脚、AGND引脚。

进一步，所述温度传感器采用三线制PT1000铂电阻温度传感器，所述三线制PT1000铂电阻温度传感器包括三根阴线，一根阴线连接AGND引脚，另外两根引线分别连接TEMP+引脚和TEMP-引脚。

进一步，所述惠斯通电桥包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻，所述第一电阻的第一端连接所述电压源，所述第一电阻的第二端连接所述第二电阻的第一端形成第一节点，所述第一节点连接所述放大器的正相输入端，所述第二电阻的第二端连接所述TEMP-引脚，所述第三电阻的第一端连接所述电压源，所述第三电阻的第二端连接所述第四电阻的第一端形成第二节点，所述第二节点连接所述放大器的反相输入端，所述第四电阻的第二端连接所述TEMP+引脚。

进一步，所述电压源采用电压基准ADR435。

进一步，所述放大器采用AD8221。

进一步，所述输出调整电路包括第一至第四运算放大器、第五至第十一电阻、第一二极管、第二二极管、电容，所述第五电阻的第一端接地，所述第五电阻的第二端分别连接第六电阻的第一端和第一运算放大器的输入端，第一运算放大器的输出端连接所述第一二极管的阴极，第一二极管的阳极连接第二二极管的阴极，第一二极管与第二二极管连接处形成第三节点，第二二极管的阳极接地，所述第六电阻的第二端连接电压源，所述第七电阻的第一端连接电压源，所述第七电阻的第二端连接第二运算放大器的输入端，所述第八电阻的第一端接地，所述第八电阻的第二端连接所述第七电阻的第二端，第二运算放大器的输出端连接所述第三运算放大器的第一输入端，第三运算放大器的第二输入端通过第九电阻连接所述放大器的输出端，第三运算放大器的输出端连接第十电阻的第一端，第十电阻的第二端连接第三节点，第四运算放大器的输入端连接所述第三节点，所述第四运算放大器的输出端连接所述TEMP引脚，所述第十一电阻和电容并联在所述第三运算放大器的第二输入端和输出端之间。

进一步，所述第一至第四运算放大器分别采用OP1177。

进一步，所述温度测量电路板上标记有ZH103A型号字样。

进一步，所述温度测量电路板的长为22.56mm,宽为13.33mm，引脚的直径为0.45mm，相邻引脚之间的距离为2.54mm，两侧相对引脚之间的距离为7.62mm。

本实用新型的优点在于：通过模块化设计，不但使得仪器小型化，可通用于各种需要测量温度参数的测井仪器中，而且提高了可靠性；铂电阻测温的范围较大，一般能达到-200℃～600℃。钻孔中的温度变化一般在-20℃～220℃，通过铂电阻温度传感器配合温度测量厚膜电路可以达到超高精度，超高稳定的温度测量要求，最大±0.1℃的温度测量误差。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的一种高精度温度测量厚膜电路的结构图；

图2为本实用新型的一种高精度温度测量厚膜电路的引脚图；

图3为本实用新型的一种高精度温度测量厚膜电路的外形尺寸图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，一种高精度温度测量厚膜电路，包括温度测量电路板，所述温度测量电路板为矩形板状，所述温度测量电路板的两侧分别焊接有7个针状引脚，所述温度测量电路板上焊接有惠斯通电桥、电压源、放大器、输出调整电路，所述惠斯通电桥的输入端连接温度传感器，所述惠斯通电桥的输出端连接所述放大器的输入端，所述放大器的输出端连接所述输出调整电路，所述电压源分别连接所述惠斯通电桥和输出调整电路，为其提供工作电压。

如图2所示，所述温度测量电路板其中一侧的7个针状引脚从1至7分别为1VREF引脚、NC引脚、TEMP-引脚、NC引脚、TEMP+引脚、-15V引脚、AGND引脚，另一侧的7个针状引脚从8至14分别为AGND引脚、+15V引脚、NC引脚、TEMP引脚、NC引脚、-15V引脚、AGND引脚。

如下表所示：

根据测温传感器引线方式的不同，铂电阻分为二线制、三线制和四线制三种，三种引线方式各有特点。二线制引线方式具有引线简单，但测量误差较大，仅适合于测量精度要求不高的场合。四线制引线方式中有两根线为供电电源线，另外两根为信号线；该方法测量精度较高，但该方法需要4根引线，不太适合石油测井仪器使用。三线制引线方式采用一端引线为两根线，另一端引线为一根的方式，工业上一般都采用三线制接法；通常三线制电阻采用不平衡电桥法进行测量，在测量时可以消除内引线电阻的影响，测量精度较高，能达到设计要求，因此，优选的，所述温度传感器采用三线制PT1000铂电阻温度传感器，所述三线制PT1000铂电阻温度传感器包括三根阴线，一根阴线连接AGND引脚，另外两根引线分别连接TEMP+引脚和TEMP-引脚。

进一步，所述惠斯通电桥包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻RX，所述第一电阻R1的第一端连接所述电压源，所述第一电阻R1的第二端连接所述第二电阻R2的第一端形成第一节点，所述第一节点连接所述放大器的正相输入端，所述第二电阻R2的第二端连接所述TEMP-引脚，所述第三电阻R3的第一端连接所述电压源，所述第三电阻R3的第二端连接所述第四电阻RX的第一端形成第二节点，所述第二节点连接所述放大器的反相输入端，所述第四电阻RX的第二端连接所述TEMP+引脚。其中，电桥中R1、R2、R3这三个电阻值是固定的，RX代表铂电阻，当温度变化时，RX的值发生变化，第一节点和第二节点两点之间的电压也随之变化，我们通过采集这个电压信号，再通过铂电阻的温度函数关系而得到当前铂电阻RX所处的环境温度。这是一种精度很高的测量方式。

进一步，所述电压源采用ADI公司的超低噪声电压基准ADR435，它的温漂性能为3ppm/℃，并且最大能够提供30mA的输出电流。

进一步，所述放大器采用ADI公司最新一代的仪表放大器AD8221，AD8221具有低失调电压、低失调漂移、低增益漂移、高增益精度和高共模抑制比特性，使这款器件成为要求具备最佳直流性能应用(如桥式信号调理)的绝佳选择。

进一步，所述输出调整电路包括第一至第四运算放大器、第五至第十一电阻、第一二极管D1、第二二极管D2、电容C1，所述第五电阻R4的第一端接地，所述第五电阻R4的第二端分别连接第六电阻R5的第一端和第一运算放大器T1的输入端，第一运算放大器T1的输出端连接所述第一二极管D1的阴极，第一二极管D1的阳极连接第二二极管D2的阴极，第一二极管D1与第二二极管D2连接处形成第三节点，第二二极管D 2的阳极接地，所述第六电阻R5的第二端连接电压源，所述第七电阻R 6的第一端连接电压源，所述第七电阻R 6的第二端连接第二运算放大器T 2的输入端，所述第八电阻R7的第一端接地，所述第八电阻R7的第二端连接所述第七电阻R6的第二端，第二运算放大器T1的输出端连接所述第三运算放大器T3的第一输入端，第三运算放大器T3的第二输入端通过第九电阻R8连接所述放大器的输出端，第三运算放大器T3的输出端连接第十电阻R10的第一端，第十电阻R10的第二端连接第三节点，第四运算放大器T4的输入端连接所述第三节点，所述第四运算放大器T4的输出端连接所述TEMP引脚，所述第十一电阻R9和电容C1并联在所述第三运算放大器T3的第二输入端和输出端之间。

进一步，所述第一至第四运算放大器分别采用精密、低噪声的OP1177运算放大器。输出调整电路的作用是在我们所要求的测量范围(-20℃～220℃)内输出0.000V～2.400V的直流信号。当测量低于-20℃的环境温度时，输出的直流信号保持为零电压。当测量高于220℃的环境温度时，输出的直流信号小于3.3V。这样的信号输出可以适合微控制器中集成的AD转换器的输入电压要求。

进一步，所述温度测量电路板上标记有ZH103A型号字样。

如图3所示，所述温度测量电路板的长为22.56mm,宽为13.33mm，引脚的直径为0.45mm，相邻引脚之间的距离为2.54mm，两侧相对引脚之间的距离为7.62mm。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种高精度温度测量厚膜电路，其特征在于，包括温度测量电路板，所述温度测量电路板为矩形板状，所述温度测量电路板的两侧分别焊接有7个针状引脚，所述温度测量电路板上焊接有惠斯通电桥、电压源、放大器、输出调整电路，所述惠斯通电桥的输入端连接温度传感器，所述惠斯通电桥的输出端连接所述放大器的输入端，所述放大器的输出端连接所述输出调整电路，所述电压源分别连接所述惠斯通电桥和输出调整电路，为其提供工作电压。

2.根据权利要求1所述的一种高精度温度测量厚膜电路，其特征在于，所述温度测量电路板其中一侧的7个针状引脚从1至7分别为1VREF引脚、NC引脚、TEMP-引脚、NC引脚、TEMP+引脚、-15V引脚、AGND引脚，另一侧的7个针状引脚从8至14分别为AGND引脚、+15V引脚、NC引脚、TEMP引脚、NC引脚、-15V引脚、AGND引脚。

3.根据权利要求2所述的一种高精度温度测量厚膜电路，其特征在于，所述温度传感器采用三线制PT1000铂电阻温度传感器，所述三线制PT1000铂电阻温度传感器包括三根阴线，一根阴线连接AGND引脚，另外两根引线分别连接TEMP+引脚和TEMP-引脚。

4.根据权利要求2所述的一种高精度温度测量厚膜电路，其特征在于，所述惠斯通电桥包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻，所述第一电阻的第一端连接所述电压源，所述第一电阻的第二端连接所述第二电阻的第一端形成第一节点，所述第一节点连接所述放大器的正相输入端，所述第二电阻的第二端连接所述TEMP-引脚，所述第三电阻的第一端连接所述电压源，所述第三电阻的第二端连接所述第四电阻的第一端形成第二节点，所述第二节点连接所述放大器的反相输入端，所述第四电阻的第二端连接所述TEMP+引脚。

5.根据权利要求1所述的一种高精度温度测量厚膜电路，其特征在于，所述电压源采用电压基准ADR435。

6.根据权利要求4所述的一种高精度温度测量厚膜电路，其特征在于，所述放大器采用AD8221。

7.根据权利要求2所述的一种高精度温度测量厚膜电路，其特征在于，所述输出调整电路包括第一至第四运算放大器、第五至第十一电阻、第一二极管、第二二极管、电容，所述第五电阻的第一端接地，所述第五电阻的第二端分别连接第六电阻的第一端和第一运算放大器的输入端，第一运算放大器的输出端连接所述第一二极管的阴极，第一二极管的阳极连接第二二极管的阴极，第一二极管与第二二极管连接处形成第三节点，第二二极管的阳极接地，所述第六电阻的第二端连接电压源，所述第七电阻的第一端连接电压源，所述第七电阻的第二端连接第二运算放大器的输入端，所述第八电阻的第一端接地，所述第八电阻的第二端连接所述第七电阻的第二端，第二运算放大器的输出端连接所述第三运算放大器的第一输入端，第三运算放大器的第二输入端通过第九电阻连接所述放大器的输出端，第三运算放大器的输出端连接第十电阻的第一端，第十电阻的第二端连接第三节点，第四运算放大器的输入端连接所述第三节点，所述第四运算放大器的输出端连接所述TEMP引脚，所述第十一电阻和电容并联在所述第三运算放大器的第二输入端和输出端之间。

8.根据权利要求7所述的一种高精度温度测量厚膜电路，其特征在于，所述第一至第四运算放大器分别采用OP1177。

9.根据权利要求1所述的一种高精度温度测量厚膜电路，其特征在于，所述温度测量电路板上标记有ZH103A型号字样。

10.根据权利要求1所述的一种高精度温度测量厚膜电路，其特征在于，所述温度测量电路板的长为22.56mm,宽为13.33mm，引脚的直径为0.45mm，相邻引脚之间的距离为2.54mm，两侧相对引脚之间的距离为7.62mm。