CN211205571U - 温度测量电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种温度测量电路，可同时支持热电偶类温度传感器和多种线制热电阻类传感器，该电路包括：接线端子、参考电阻、回流电阻、激励电流源、模拟前端以及控制器；所述模拟前端连接于所述接线端子和所述控制器之间，所述参考电阻、所述激励电流源均设置在所述模拟前端和所述接线端子之间，所述参考电阻还与所述模拟前端形成回路，所述回流电阻与所述接线端子连接并接入地线；该电路能实现了可同时支持热电偶类温度传感器和多种线制热电阻类传感器，增强了使用灵活性，降低了使用成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及工业自动化控制装置温度测量领域，尤其涉及一种温度测量电路。
背景技术
温度传感器按照电子元件特性分为热电阻类传感器和热电偶类传感器，通常，需要测量精度较高时使用热电阻类传感器，需要较大的测温范围和响应速度时，优先选择热电偶类传感器。然而，当用户面临多场景应用或根据一种应用场景选定传感器和测量模块后，如果更换了应用场景，需要更换传感器类型或规格，经常会发现测量模块不能很好地兼容，不得不重复购买对应的测量模块。
在进行工业自动化控制装置温度测量的过程中，现有的温度测量电路一般只支持热电偶类传感器或热电阻类传感器的输入。而另一部分的温度测量电路虽然可同时支持热电阻类传感器和热电偶类传感器的输入，但又仅能支持二线制热电阻类传感器并且接线端子相对独立，此部分的电路方案虽然能覆盖二线制热电阻类传感器和热电偶类传感器，但是却在电路的前端使用了大量的继电器或者开关以作为信号切换，而且还需要进行外部校准，从而导致操作繁琐，效率低下。
实用新型内容
本实用新型提供了一种温度测量电路，该电路不仅实现了能同时兼容热电偶类温度传感器和多种线制热电阻类传感器，而且该电路简单，无需外部校准。
本实用新型提供了一种温度测量电路，可用于热电偶类温度传感器或多种线制热电阻类传感器，所述温度测量电路包括：接线端子、参考电阻、回流电阻、激励电流源、模拟前端以及控制器；其中，所述接线端子用于接入热电偶类传感器或多种线制热电阻类传感器；所述模拟前端连接于所述接线端子和所述控制器之间，用于对所述模拟前端自身进行自动校准并将输入的模拟信号转化为数字信号；所述激励电流源，用于在进行温度测量时，使得所述参考电阻和接入后的线制热电阻类传感器上产生电流和电压；所述参考电阻设置在所述模拟前端和所述接线端子之间，所述参考电阻的两端均与所述模拟前端连接，用于供接入后的热电阻类传感器进行阻值计算；所述回流电阻与所述接线端子连接并接入地线，用于将所述模拟前端中的电压偏置在预设范围内；所述控制器，用于对所述模拟前端进行控制并对所述模拟前端所输出的数字信号进行处理并显示接入后的热电偶类温度传感器或多种线制热电阻类传感器的电压。
可选地，所述的温度测量电路中，所述接线端子包括四个接线端口，所述接线端口包括第一接线端口、第二接线端口、第三接线端口和第四接线端口，所述第一接线端口、所述第二接线端口、所述第三接线端口均与所述模拟前端连接，所述第四接线端口通过所述回流电阻接地。
可选地，所述的温度测量电路中，所述模拟前端包括信号放大器和模数转换器，所述信号放大器连接于所述接线端子和所述模数转换器之间，所述模数转换器连接于所述信号放大器和所述控制器之间。
可选地，所述的温度测量电路中，所述信号放大器包括第一信号放大器和第二信号放大器，所述第一信号放大器的一个输入端与所述参考电阻的一端连接，另一个输入端分别与所述接线端子、所述参考电阻的另一端连接，输出端与所述模数转换器连接；所述第二信号放大器的两个输入端分别与所述接线端子连接，输出端与所述模数转换器连接。
可选地，所述的温度测量电路中，所述激励电流源包括第一激励电流源，所述第一激励电流源设置在所述第一信号放大器与所述参考电阻之间。
可选地，所述的温度测量电路中，所述激励电流源还包括第二激励电流源，所述第二激励电流源设置在所述接线端子和所述第二信号放大器之间。
可选地，所述的温度测量电路中，所述第一信号放大器为可编程增益放大器。
可选地，所述的温度测量电路中，所述第二信号放大器为可编程增益放大器。
可选地，所述的温度测量电路中，所述多种线制热电阻类传感器为二线制热电阻类传感器、三线制热电阻类传感器和四线制热电阻类传感器中的任一种类的温度传感器。
可选地，所述的温度测量电路中，所述多种线制热电阻类传感器的规格为PT100、PT1000、CU500。
与现有技术相比，本实用新型所述的温度测量电路通过接线端子接入热电偶类传感器和多种线制热电阻类传感器，参考电阻对接入后的热电阻的阻值进行计算，回流电阻将电路中的电压偏置在合理的范围内，激励电流源在进行温度测量时，使得参考电阻和接入后的热电阻上产生电压，模拟前端自动校准并将模拟信号转化为数字信号，控制器对模拟前端的控制、数字信号的处理以及计算，实现了对常见传感器的覆盖，增强了应用场景灵活性、降低了使用成本、提高了效率。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例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例，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为本实用新型提供的温度测量电路的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的温度测量电路接入二线制热电阻类传感器后的结构示意图；
图3为本实用新型实施例提供的温度测量电路接入三线制热电阻类传感器后的结构示意图；
图4为本实用新型实施例提供的温度测量电路接入四线制热电阻类传感器后的结构示意图；
图5为本实用新型实施例提供的温度测量电路接入热电偶类温度传感器后的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中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。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
请参阅图1，图1为本实用新型提供的温度测量电路的结构示意图。如图1所示，该电路包括：接线端子1、参考电阻R1、回流电阻R2、激励电流源、模拟前端2以及控制器3；其中，所述接线端子1用于接入热电偶类传感器或多种线制热电阻类传感器；所述模拟前端2连接于所述接线端子1和所述控制器3之间，用于对所述模拟前端2自身进行自动校准并将输入的模拟信号转化为数字信号；所述激励电流源，用于在进行温度测量时，使得所述参考电阻R1和接入后的线制热电阻类传感器上产生电流和电压；所述参考电阻R1设置在所述模拟前端2和所述接线端子1之间，所述参考电阻R1的两端均与所述模拟前端2连接，用于供接入后的热电阻类传感器进行阻值计算；所述回流电阻R2与所述接线端子1连接并接入地线，用于将所述模拟前端2中的电压偏置在预设范围内；所述控制器3，用于对所述模拟前端2进行控制并对所述模拟前端2所输出的数字信号进行处理并显示接入后的热电偶类温度传感器或多种线制热电阻类传感器的电压。
具体的，所述接线端子1包括四个接线端口，所述接线端口包括第一接线端口IE、第二接线端口TC+、第三接线端口TC-和第四接线端口RE，所述第一接线端口IE、所述第二接线端口TC+、所述第三接线端口TC-均与所述模拟前端2连接，所述参考电阻R1设置在所述第一接线端口IE和所述模拟前端2之间，所述第四接线端口RE通过所述回流电阻R2接地。所述第一接线端口IE用于使所述激励电流源产生的电流流经热电偶类传感器或多种线制热电阻类传感器，所述第二接线端口TC+和所述第三接线端口TC-用于连接热电偶类传感器或多种线制热电阻类传感器的两端，所述第四接线端口RE用于激励电流源产生的电流经所述第四接线端口返回。
其中，所述激励电流源包括第一激励电流源和第二激励电流源，所述第一激励电流源作用在所述模拟前端2和所述参考电阻R1之间，所述第一激励电流源产生的电流i1经参考电阻R1流向所述第一接线端口IE，所述第二激励电流源i2设置在所述第三接线端口TC-和所述模拟前端2之间；所述模拟前端2包括信号放大器PGA和模数转换器ADC，其中所述信号放大器PGA为可编程增益放大器，所述信号放大器PGA连接于所述接线端子和所述模数转换器ADC之间，所述模数转换器ADC连接于所述信号放大器PGA和所述控制器3之间。
具体地，所述信号放大器PGA包括第一信号放大器PGA1和第二信号放大器PGA2，所述第一信号放大器PGA1、所述第二信号放大器PGA2均为可编程增益放大器且均有两个输入端和一个输出端，所述第一信号放大器PGA1的两个输入端分别与所述第一接线端口IE、所述参考电阻R1进行连接，输出端与所述模数转换器ADC进行连接，所述第一激励电流源设置在所述第一信号放大器PGA1和所述参考电阻R1之间；所述第二信号放大器PGA2的两个输入端分别与所述第二接线端口TC+、所述第三接线端口TC-连接，输出端与所述模数转换器ADC进行连接，所述第二激励电流源设置在所述第二信号放大器PGA2和所述第三接线端口TC-之间。
在具体实施的过程中，若所述的温度测量电路中的传感器为二线制热电阻类传感器时，如图2所示，所述第二接线端口TC+、所述第三接线端口TC-分别与二线制热电阻类传感器的正负端连接，所述第一接线端口IE与所述第二接线端口TC+短路连接，所述第三接线端口TC-与所述第四接线端口RE短路连接，同时开启第一激励电流源并关闭第二激励电流源，使得第一激励电流源输出的电流i1经参考电阻R1流出，再经过二线制热电阻类传感器返回，从而得到参考电阻R1两端的电压U1以及第三接线端口TC-与第二信号放大器PGA2之间的电压U2，其中U1＝i1×R1，U2＝i1×(R3+R4+R5)，R3为当前时刻二线制热电阻类传感器的电阻，R4为第二接线端口TC+与二线制热电阻类传感器之间引线的电阻，R5为第三接线端口TC-与二线制热电阻类传感器之间引线的电阻，R3通过公式：
计算得到，然后将计算得到的R3进行查表或者计算，最终得到二线制热电阻类传感器此时的温度。
其中，二线制热电阻类传感器的规格可以为PT100、PT1000、CU500中的任一种，当选择上述任意一种规格的二线制热电阻类传感器并设定不同的温度测量范围时，只需对第一信号放大器PGA1和第二信号放大器PGA2进行设定，使信号放大器PGA的电压在信号放大器PGA测量的范围之内，就可以对当前的二线制热电阻类传感器进行测量。
在具体实施的过程中，若所述的温度测量电路中的传感器为三线制热电阻类传感器时，如图3所示，所述第二接线端口TC+与三线制热电阻类传感器的正端连接，同时所述第一接线端口IE与所述第二接线端口TC+短路连接，三线制热电阻类传感器的负端分别与所述第三接线端口TC-、所述第四接线端口RE进行连接，此时开启第一激励电流源和第二激励电流源，第一激励电流源输出的电流i1流经第二接线端口TC+与三线制热电阻类传感器之间引线的电阻R4，第二激励电流源输出的电流i2流经第三接线端口TC-与三线制热电阻类传感器之间引线的电阻R5，第一激励电流源输出的电流i1和第二激励电流源输出的电流i2相等，电阻R4等于电阻R5，从而得到参考电阻R1两端的电压U1以及第三接线端口TC-与第二信号放大器PGA2之间的电压U2，其中U1＝i1×R1，U2＝R3×i1+R4×i1-R5×i2)，R3为当前时刻三线制热电阻类传感器的电阻，R3通过公式：
计算得到，然后将计算得到的R3进行查表或者计算，最终得到三线制热电阻类传感器此时的温度。
其中，三线制热电阻类传感器的规格可以为PT100、PT1000、CU500中的任一种，当选择上述任意一种规格的三线制热电阻类传感器并设定不同的温度测量范围时，只需对第一信号放大器PGA1和第二信号放大器PGA2进行设定，使信号放大器PGA的电压在信号放大器PGA测量的范围之内，就可以对当前的三线制热电阻类传感器进行测量。
在具体实施的过程中，若所述的温度测量电路中的传感器为四线制热电阻类传感器时，如图4所示，四线制热电阻类传感器的正端分别与所述第一接线端口IE、所述第二接线端口TC+进行连接，负端分别与所述第三接线端口TC-、所述第四接线端口RE进行连接，此时开启第一激励电流源并关闭第二激励电流源，使得第一激励电流源输出的电流i1流经第一接线端口IE与四线制热电阻类传感器之间引线的电阻R7以及四线制热电阻R3，然后经所述第四接线端口RE与四线制热电阻类传感器之间引线的电阻R6返回，因为信号放大器PGA的极高阻抗和极低ib特性，四线制热电阻类传感器和第二接线端口TC+之间引线、四线制热电阻类传感器和第三接线端口TC-之间引线上几乎没有电流流过，引线两端电压近乎相同，从而得到参考电阻R1两端的电压U1以及第三接线端口TC-与第二信号放大器PGA2之间的电压U2，通过公式
计算，最终得到四线制热电阻R3，然后将计算得到的R3进行查表或者计算，最终得到四线制热电阻类传感器此时的温度。
其中，四线制热电阻类传感器的规格可以为PT100、PT1000、CU500中的任一种，当选择上述任意一种规格的四线制热电阻类传感器并设定不同的温度测量范围时，只需对第一信号放大器PGA1和第二信号放大器PGA2进行设定，使信号放大器PGA的电压在信号放大器PGA测量的范围之内，就可以对当前的四线制热电阻类传感器进行测量。
在具体实施的过程中，若所述的温度测量电路中的传感器为热电偶类传感器时，如图5所示，热电偶类传感器的正端与所述第二接线端口TC+进行连接，负端与所述第三接线端口TC-进行连接，对第一信号放大器PGA1和第二信号放大器PGA2进行适当的增益以使得进入所述信号放大器PGA的电压便于进行测量。所述信号放大器PGA的电压经测量得出后，通过查表的方式即可得到热电偶类传感器此时的温度。
由于不同类型热电偶的电压-温度相应曲线不同，当用户使用不同类型热电偶时，只需对第一信号放大器PGA1和第二信号放大器PGA2进行适当的增益，使信号放大器PGA的电压在信号放大器PGA测量的范围之内，就可以实现对多类型热电偶的兼容。
本实用新型所述的温度测量电路通过接线端子接入热电偶类传感器和多种线制热电阻类传感器，参考电阻对接入后的热电阻的阻值进行计算，回流电阻将电路中的电压偏置在合理的范围内，激励电流源在进行温度测量时，使得参考电阻和接入后的热电阻上产生电压，模拟前端自动校准并将模拟信号转化为数字信号，控制器对模拟前端的控制、数字信号的处理以及计算，实现了对常见传感器的覆盖，增强了应用场景灵活性、降低了使用成本、提高了效率。
应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种温度测量电路，可用于热电偶类温度传感器或多种线制热电阻类传感器，其特征在于，所述温度测量电路包括：接线端子、参考电阻、回流电阻、激励电流源、模拟前端以及控制器；其中，
所述接线端子用于接入热电偶类传感器或多种线制热电阻类传感器；
所述模拟前端连接于所述接线端子和所述控制器之间，用于对所述模拟前端自身进行自动校准并将输入的模拟信号转化为数字信号；
所述激励电流源，用于在进行温度测量时，使得所述参考电阻和接入后的线制热电阻类传感器上产生电流和电压；
所述参考电阻设置在所述模拟前端和所述接线端子之间，所述参考电阻的两端均与所述模拟前端连接，用于供接入后的热电阻类传感器进行阻值计算；
所述回流电阻与所述接线端子连接并接入地线，用于将所述模拟前端中的电压偏置在预设范围内；
所述控制器，用于对所述模拟前端进行控制并对所述模拟前端所输出的数字信号进行处理并显示接入后的热电偶类温度传感器或多种线制热电阻类传感器的电压。
2.根据权利要求1所述的温度测量电路，其特征在于，所述接线端子包括四个接线端口，所述接线端口包括第一接线端口、第二接线端口、第三接线端口和第四接线端口，所述第一接线端口、所述第二接线端口、所述第三接线端口均与所述模拟前端连接，所述第四接线端口通过所述回流电阻接地。
3.根据权利要求1所述的温度测量电路，其特征在于，所述模拟前端包括信号放大器和模数转换器，所述信号放大器连接于所述接线端子和所述模数转换器之间，所述模数转换器连接于所述信号放大器和所述控制器之间。
4.根据权利要求3所述的温度测量电路，其特征在于，所述信号放大器包括第一信号放大器和第二信号放大器，所述第一信号放大器的一个输入端与所述参考电阻的一端连接，另一个输入端分别与所述接线端子、所述参考电阻的另一端连接，输出端与所述模数转换器连接；所述第二信号放大器的两个输入端分别与所述接线端子连接，输出端与所述模数转换器连接。
5.根据权利要求4所述的温度测量电路，其特征在于，所述激励电流源包括第一激励电流源，所述第一激励电流源设置在所述第一信号放大器与所述参考电阻之间。
6.根据权利要求5所述的温度测量电路，其特征在于，所述激励电流源还包括第二激励电流源，所述第二激励电流源设置在所述接线端子和所述第二信号放大器之间。
7.根据权利要求4所述的温度测量电路，其特征在于，所述第一信号放大器为可编程增益放大器。
8.根据权利要求4所述的温度测量电路，其特征在于，所述第二信号放大器为可编程增益放大器。
9.根据权利要求1所述的温度测量电路，其特征在于，所述多种线制热电阻类传感器为二线制热电阻类传感器、三线制热电阻类传感器和四线制热电阻类传感器中的任一种类的温度传感器。
10.根据权利要求1所述的温度测量电路，其特征在于，所述多种线制热电阻类传感器的规格为PT100、PT1000、CU500。
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Cited By (2)
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