CN211347141U - 一种具有线性补偿的四线制测温装置 - Google Patents
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Abstract
一种具有线性补偿的四线制测温装置，包括电源、温度传感器、恒流模块、接线端子模块、运放模块、输出电压调零模块、运放漂移调零模块及跨度调节模块；电源、恒流模块、温度传感器、接线端子模块及运放模块依次电性连接；温度传感器与跨度调节模块的输入端电性连接，跨度调节模块的输出端与运放模块的输出端电性连接；输出电压调零模块的输入端与温度传感器电性连接，输出电压调零模块的输出端与跨度调节模块的输入端电性连接。本实用新型能够实现差分信号采样，并将差分信号转换为温度，实现温度测量。该结构消除了连接导线电阻对测量的干扰，且制造成本低廉。
Description
技术领域
本实用新型涉及温度传感器技术领域，尤其涉及一种具有线性补偿的四线制测温装置。
背景技术
在各种热电式传感器中，把温度量转化为电势和电阻的方法最为普遍，其中将温度转化为电势的热电式传感器叫热电偶，将温度转化为电阻值的热电式传感器叫热电阻。其中，铂电阻是常用的热电阻之一。在氧化性介质中，甚至在高温下，铂的物理、化学性质都很稳定。它是制造基准热电阻、标准热电阻和工业用热电阻的最好材料。
为避免或减小导线电阻对测温的影响，工业热电阻多采用三线制接法，即热电阻的一段与一根导线相连，另一端同时接两根导线。但是连接导线电阻会对桥路产生影响，且消除影响的条件较为苛刻，只有在对称电桥并且只有在平衡状态下，才能完全消除连线电阻对测温的影响，制造成本高。
四线制和电位差计配合测量热电阻，能够消除连接导线电阻对测量的影响。四线制就是热电阻两端各用两根导线连接到仪表上，一般使用直流电位差计作为指示或记录仪表。
实用新型内容
本实用新型目的在于解决上述技术问题，从而提供一种具有线性补偿的四线制测温装置。
本实用新型通过以下技术方案实现：
一种具有线性补偿的四线制测温装置，包括电源、温度传感器、恒流模块、接线端子模块、运放模块、输出电压调零模块、运放漂移调零模块及跨度调节模块；
所述电源、恒流模块、温度传感器、接线端子模块及运放模块依次电性连接；
所述温度传感器与所述跨度调节模块的输入端电性连接，所述跨度调节模块的输出端与所述运放模块的输出端电性连接；
所述输出电压调零模块的输入端与所述温度传感器电性连接，所述输出电压调零模块的输出端与所述跨度调节模块的输入端电性连接；
所述运放漂移调零模块的输入端与所述运放模块的输出端电性连接，所述运放漂移调零模块的输出端与所述运放模块的输入端电性连接；
所述恒流模块用于提供恒定电流；
所述温度传感器用于采集温度信号；
所述输出电压调零模块用于消除温度传感器产生的偏压；
所述跨度调节模块用于调节相应测温参数，使得不同温度范围对应的输出电压均在0V～5V范围内；
所述运放漂移调零模块用于调节运放模块输出电压，使运放模块输出电压为0V～5V。
进一步地，所述温度传感器为铂电阻PT100，
所述恒流模块包括电阻R5、电容C2及芯片U3，
所述接线端子模块包括连接器A，
所述运放模块包括电阻R4、芯片U2、电容C1、电阻RP1、电阻R2、电阻 R6及电容C3，
所述输出电压调零模块包括电阻R3及电位计RW1，
所述跨度调节模块包括电阻R1及电位计RW2，
所述运放漂移调零模块包括芯片U1及电位计RW3，
所述芯片U1及芯片U2型号均为OP-07，所述芯片U3型号为TL431，
所述电阻R5一端与电源连接，另一端与电容C2一端、芯片U3第3脚分别连接，电容C2另一端与芯片U3第2脚连接，芯片U3第2脚接地；芯片U3第 1脚与电阻R4一端、电阻R3一端分别连接；电阻R3另一端与电位计RW1第一固定端、滑动端分别连接，电位计RW1第二固定端与电阻R1一端连接，电阻R1另一端与电位计RW2第二固定端、滑动端分别连接；电阻R4另一端与连接器A第1脚、电阻RP1一端分别连接，电阻RP1另一端与电位计RW2第一固定端、芯片U1第6脚分别连接；芯片U1第1脚与电位计RW3第一固定端连接，电位计RW3第二固定端与芯片U1第5脚连接，电位计RW3滑动端与芯片U1第 7脚连接，芯片U1第7脚与电源连接；芯片U1第2脚、电阻R2及连接器A第4脚依次连接，芯片U1第3脚与电阻R6一端、电容C3一端分别连接，电阻R6 另一端及电容C3另一端均接地；
芯片U2第1脚及第5脚均悬空，芯片U2第7脚及第4脚均接电源，第2 脚与连接器A第2脚、电容C1一端分别连接，电容C1另一端与连接器A第3 脚、芯片U2第6脚分别连接，芯片U2第3脚接地。
进一步地，所述电源供电电压为5V。
与现有技术相比，本实用新型主要有益效果如下：
(1)本实用新型包括电源、温度传感器、恒流模块、接线端子模块、运放模块、输出电压调零模块、运放漂移调零模块及跨度调节模块；所述温度传感器为铂电阻，所述接线端子模块为连接器，包括四个接口。铂电阻一端与连接器两个接口连接，另一端与连接器另两个接口连接，实现铂电阻四线制连接结构。恒流模块所提供的电流流经铂电阻PT00后，由连接器第2脚及第4脚输出至运算放大器U2及U1，实现差分信号采样，以便将差分信号转换为温度，实现温度测量。该结构消除了连接导线电阻对测量的干扰，且制造成本低廉。
(2)所述运放模块包括正反馈电阻RP1，反馈电流随温度升高而逐渐增大，使得电路具有很好的跟踪特性，在低温区和高温区都能得到很好的补偿作用。使输出电压与温度成线性关系，能够提高温度测量准确度。
(3)本实用新型采用四线制连接结构，实现温度测量。该结构消除了连接导线电阻对测量的干扰，制造成本低廉；且能够提高温度测量准确度，具有重要市场价值。
附图说明
图1为本实用新型系统结构图
图2为本实用新型电路图
具体实施方式
下面结合说明书附图对本实用新型的技术方案作进一步具体说明。
如图1，一种具有线性补偿的四线制测温装置，包括电源、温度传感器、恒流模块、接线端子模块、运放模块、输出电压调零模块、运放漂移调零模块及跨度调节模块；
所述电源、恒流模块、温度传感器、接线端子模块及运放模块依次电性连接；
所述温度传感器与所述跨度调节模块的输入端电性连接，所述跨度调节模块的输出端与所述运放模块的输出端电性连接；
所述输出电压调零模块的输入端与所述温度传感器电性连接，所述输出电压调零模块的输出端与所述跨度调节模块的输入端电性连接；
所述运放漂移调零模块的输入端与所述运放模块的输出端电性连接，所述运放漂移调零模块的输出端与所述运放模块的输入端电性连接；
所述恒流模块用于提供恒定电流；
所述温度传感器用于采集温度信号；
所述输出电压调零模块用于消除温度传感器产生的偏压；
所述跨度调节模块用于调节相应测温参数，使得不同温度范围对应的输出电压均在0V～5V范围内；
所述运放漂移调零模块用于调节运放模块输出电压，使运放模块输出电压为0V～5V。
优选地，所述电源供电电压为5V。
进一步地，如图2，所述温度传感器为铂电阻PT100，
所述恒流模块包括电阻R5、电容C2及芯片U3，
所述接线端子模块包括连接器A，
所述运放模块包括电阻R4、芯片U2、电容C1、电阻RP1、电阻R2、电阻 R6及电容C3，
所述输出电压调零模块包括电阻R3及电位计RW1，
所述跨度调节模块包括电阻R1及电位计RW2，
所述运放漂移调零模块包括芯片U1及电位计RW3，
所述芯片U1及芯片U2型号均为OP-07，所述芯片U3型号为TL431，
所述电阻R5一端与电源连接，另一端与电容C2一端、芯片U3第3脚分别连接，电容C2另一端与芯片U3第2脚连接，芯片U3第2脚接地；芯片U3第 1脚与电阻R4一端、电阻R3一端分别连接；电阻R3另一端与电位计RW1第一固定端、滑动端分别连接，电位计RW1第二固定端与电阻R1一端连接，电阻 R1另一端与电位计RW2第二固定端、滑动端分别连接；电阻R4另一端与连接器A第1脚、电阻RP1一端分别连接，电阻RP1另一端与电位计RW2第一固定端、芯片U1第6脚分别连接；芯片U1第1脚与电位计RW3第一固定端连接，电位计RW3第二固定端与芯片U1第5脚连接，电位计RW3滑动端与芯片U1第 7脚连接，芯片U1第7脚与电源连接；芯片U1第2脚、电阻R2及连接器A第 4脚依次连接，芯片U1第3脚与电阻R6一端、电容C3一端分别连接，电阻R6 另一端及电容C3另一端均接地；
芯片U2第1脚及第5脚均悬空，芯片U2第7脚及第4脚均接电源，第2 脚与连接器A第2脚、电容C1一端分别连接，电容C1另一端与连接器A第3 脚、芯片U2第6脚分别连接，芯片U2第3脚接地。
具体地，芯片U1及U2均为运算放大器。
具体地，所述跨度调节模块包括相串联的电阻R1及电位计RW2，用于将输出电压调节至0-5V。根据不同的温度范围，调节相应的电路参数。
具体地，连接器A包括四个接线端口。
具体地，所述电阻RP1为正反馈电阻，反馈电流随温度升高而逐渐增大，使得电路具有很好的跟踪特性，在低温区和高温区都能得到很好的补偿作用。使输出电压与温度成线性关系，能够提高温度测量准确度。
具体地，连接器A第1脚及第3脚均与电压源连接，第2脚及第4脚均与信号源连接。
具体地，四线制接法的温度传感器需要一个电流源，由恒流模块提供。恒流模块所提供的电流流经铂电阻PT00后，由连接器A第2脚及第4脚输出至运算放大器U2及U1，实现差分信号采样，以便将差分信号转换为温度，实现温度测量。该结构通过采集差分信号消除了连接导线电阻对测量的干扰，且制造成本低廉。
优选地，电阻R5阻值为1KΩ，电阻R4阻值为2.5KΩ，电阻R3阻值为 15KΩ，电阻R1阻值为15KΩ，电阻R2阻值为1KΩ。
优选地，所述电阻RP1阻值为10KΩ。
优选地，电位计RW1阻值为20KΩ，电位计RW2阻值为20KΩ，电位计RW3 阻值为10KΩ，方便调节。
具体地，TL431为精密稳压源，用于提供2.5V参考电压。
具体地，OP-07为宽温区高精度集成运算放大器，测温范围为0℃-500℃。
以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡是依据本实用新型的技术实质所做的任何修改和等同变化，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种具有线性补偿的四线制测温装置，其特征在于：包括电源、温度传感器、恒流模块、接线端子模块、运放模块、输出电压调零模块、运放漂移调零模块及跨度调节模块；
所述电源、恒流模块、温度传感器、接线端子模块及运放模块依次电性连接；
所述温度传感器与所述跨度调节模块的输入端电性连接，所述跨度调节模块的输出端与所述运放模块的输出端电性连接；
所述输出电压调零模块的输入端与所述温度传感器电性连接，所述输出电压调零模块的输出端与所述跨度调节模块的输入端电性连接；
所述运放漂移调零模块的输入端与所述运放模块的输出端电性连接，所述运放漂移调零模块的输出端与所述运放模块的输入端电性连接；
所述恒流模块用于提供恒定电流；
所述温度传感器用于采集温度信号；
所述输出电压调零模块用于消除温度传感器产生的偏压；
所述跨度调节模块用于调节相应测温参数，使不同温度范围对应的输出电压均在0V～5V；
所述运放漂移调零模块用于调节运放模块输出电压，使运放模块输出电压为0V～5V。
2.根据权利要求1所述一种具有线性补偿的四线制测温装置，其特征在于：
所述温度传感器为铂电阻PT100，
所述恒流模块包括电阻R5、电容C2及芯片U3，
所述接线端子模块包括连接器A，
所述运放模块包括电阻R4、芯片U2、电容C1、电阻RP1、电阻R2、电阻R6及电容C3，
所述输出电压调零模块包括电阻R3及电位计RW1，
所述跨度调节模块包括电阻R1及电位计RW2，
所述运放漂移调零模块包括芯片U1及电位计RW3，
所述芯片U1及芯片U2型号均为OP-07，所述芯片U3型号为TL431，
所述电阻R5一端与电源连接，另一端与电容C2一端、芯片U3第3脚分别连接，电容C2另一端与芯片U3第2脚连接，芯片U3第2脚接地；芯片U3第1脚与电阻R4 一端、电阻R3一端分别连接；电阻R3另一端与电位计RW1第一固定端、滑动端分别连接，电位计RW1第二固定端与电阻R1一端连接，电阻R1另一端与电位计RW2第二固定端、滑动端分别连接；电阻R4另一端与连接器A第1脚、电阻RP1一端分别连接，电阻RP1另一端与电位计RW2第一固定端、芯片U1第6脚分别连接；芯片U1第1脚与电位计RW3第一固定端连接，电位计RW3第二固定端与芯片U1第5脚连接，电位计RW3滑动端与芯片U1第7脚连接，芯片U1第7脚与电源连接；芯片U1第2脚、电阻R2及连接器A第4脚依次连接，芯片U1第3脚与电阻R6一端、电容C3一端分别连接，电阻R6另一端及电容C3另一端均接地；
芯片U2第1脚及第5脚均悬空，芯片U2第7脚及第4脚均接电源，第2脚与连接器A第2脚、电容C1一端分别连接，电容C1另一端与连接器A第3脚、芯片U2第6脚分别连接，芯片U2第3脚接地。
3.根据权利要求1所述一种具有线性补偿的四线制测温装置，其特征在于：所述电源供电电压为5V。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN114112093A (zh) * | 2021-11-22 | 2022-03-01 | 海安市综合检验检测中心 | 一种采样信号线性化的热电阻测温电路 |
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