CN218330320U - 一种接触式测温装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种接触式测温装置，包括电源电路、负载开关、差分采样电路以及信号处理电路；负载开关与电源电路的输入端连接，电源电路的输出端分别与差分采样电路和信号处理电路连接，差分采样电路包括测温热电阻和运算放大器，测温热电阻的两端分别与运算放大器的输入端连接，运算放大器的输出端与信号处理电路连接，信号处理电路对运算放大器输入端的基准源电压进行直流采样和信号反馈。本实用新型通过负载开关来对电源电路进行管理和控制，从而能够控制电源电路的关断和导通，进而降低电源功耗；通过将差分采样和基准电源电压反馈相结合，在保证采样精度的同时能够抗环境温度影响和共模干扰影响。

Description

一种接触式测温装置

技术领域

本实用新型属于电力电子技术领域，具体涉及一种接触式测温装置。

背景技术

接触式测温装置，例如接触式测温的温度传感器，被广泛应用于各行各业中的生产实践中来测量温度信号。在实际应用中，测温装置通常采样恒流源进行采样，采样结果受温度的影响较大，导致实际输出与理论输出存在误差；此外，温度变化也影响零点和灵敏度值的大小，继而影响到传感器的静态特性，所以必须采取措施以减少或消除温度变化带来的干扰。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种接触式测温装置，用以解决现有技术中存在的恒流源采样受温度的影响较大，精度不高的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

本发明提供一种接触式测温装置，包括电源电路、负载开关、差分采样电路以及信号处理电路；

所述负载开关与所述电源电路的输入端连接，所述电源电路的输出端分别与所述差分采样电路和所述信号处理电路连接，其中，所述电源电路的输出端用于输出基准源电压，所述基准源电压用于分别向所述差分采样电路和所述信号处理电路提供参考电压；

所述差分采样电路包括测温热电阻和运算放大器，所述测温热电阻的一端接入所述基准源电压，所述测温热电阻的另一端接地，所述测温热电阻的两端分别与所述运算放大器的输入端连接，所述运算放大器的输出端与所述信号处理电路连接，所述信号处理电路还用于对所述运算放大器输入端的基准源电压进行直流采样，以对所述差分采样电路采集的电压信号进行反馈。

在一种可能的设计中，还包括无线通信电路，所述无线通信电路与所述信号处理电路连接。

在一种可能的设计中，还包括串行调试接口，所述串行调试接口与所述信号处理电路连接。

在一种可能的设计中，所述负载开关采用型号为BL2555的电源管理芯片。

在一种可能的设计中，所述测温热电阻采用型号为PT1000的正温度系数热电阻。

在一种可能的设计中，所述运算放大器采用型号为TP1511TR的超低压运算放大器。

在一种可能的设计中，所述差分信号电路设有多个电阻和电容，其中，运算放大器的正相输入端分别与电阻R12的2端和电阻R3的1端连接，电阻R3的2端接地，运算放大器的反相输入端分别与电阻R11的2端和电阻R4的1端连接，电阻R12的1端分别与电阻R8的1端和电阻PT1000的1端连接，电阻R11的1端分别与电阻R6的1端和电阻R7的2端连接，电阻R8的2端接入基准源电压VREF，电阻PT1000的2端与电阻R7的1端连接，电阻PT1000的3端接地，电阻R6的2端接入基准源电压VREF，运算放大器的-VS端接地，运算放大器的+VS端接入DVCC电压；电阻R4的2端分别与运算放大器的输出端OUT和电阻R13的1端连接，电阻R13的2端分别与信号处理电路和电容C7的2端连接，电容C7的1端接地。

在一种可能的设计中，所述信号处理电路采用型号为HC32L110C6PA的MCU单片机。

在一种可能的设计中，所述无线通信电路采用LORA无线通信电路。

在一种可能的设计中，所述接触式测温装置采用锂电池进行供电。

本实用新型相较于现有技术的有益效果为：

本实用新型通过负载开关来对电源电路进行管理和控制，从而能够控制电源电路的关断和导通，进而降低电源功耗；通过差分采样消除共模干扰，并通过对差分运算放大器输入端的基准电源进行采样，从而利用实际采样的电压对理想电压进行反馈，以消除温度干扰引起的基准源微变，进而提高测量精度。

附图说明

图1为本申请实施例中的接触式测温装置的电路框图；

图2为本申请实施例中的电源电路的电路原理图；

图3为本申请实施例中的差分采样电路的电路原理图；

图4为本申请实施例中的信号处理电路的电路原理图；

图5为本申请实施例中的无线通信电路的电路原理图；

图6为本申请实施例中的串口调试接口的电路原理图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图和实施例或现有技术的描述对本实用新型作简单地介绍，显而易见地，下面关于附图结构的描述仅仅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。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。

实施例

为了解决现有技术中存在的恒流源采样受温度的影响较大，精度不高的问题，本申请实施例提供了一种接触式测温装置，通过负载开关来对电源电路进行管理和控制，从而能够控制电源电路的关断和导通，进而降低电源功耗；通过差分采样消除共模干扰，并通过对差分运算放大器输入端的基准电源进行采样，从而利用实际采样的电压对理想电压进行反馈，以消除温度干扰引起的基准源微变，进而提高测量精度。以下通过具体的实施方式对申请实施例中的接触式测温装置进行详细说明，具体如下：

如图1-6所示，本申请实施例一方面提供一种接触式测温装置，包括电源电路、负载开关、差分采样电路以及信号处理电路；

所述负载开关与所述电源电路的输入端连接，所述电源电路的输出端分别与所述差分采样电路和所述信号处理电路连接，其中，所述电源电路的输出端用于输出基准源电压，所述基准源电压用于分别向所述差分采样电路和所述信号处理电路提供参考电压；

所述差分采样电路包括测温热电阻和运算放大器，所述测温热电阻接入基准源电压，具体是一端接入所述基准源电压，另一端接地，且所述测温热电阻的两端分别与所述运算放大器的输入端连接，所述运算放大器的输出端与所述信号处理电路连接，所述信号处理电路还用于对所述运算放大器输入端的基准源电压进行直流采样，以对所述差分采样电路采集的电压信号进行反馈。

基于上述公开的内容，本申请实施例通过负载开关来对电源电路进行管理和控制，从而能够控制电源电路的关断和导通，进而降低电源功耗；通过差分采样消除共模干扰，并通过对差分运算放大器输入端的基准电源进行采样，从而利用实际采样的电压对理想电压进行反馈，以消除温度干扰引起的基准源微变，进而提高测量精度。

如图2所示，在一种具体的实施方式中，优选的，所述负载开关采用型号为BL2555的电源管理芯片。具体的，本申请实施例采用锂电池供电，例如采用型号为锂亚ER14505，参数为3.6V，2.7AH的锂电池进行供电；在锂电池将电压输入至装置电源输入端的之前，在电源电路的输入端接入负载开关对电源电路进行控制，具体的，BL2555的电源管理芯片具有采用MOS管的负载，当芯片U6的EN电平为高时，U6的5引脚和1引脚导通，此处DVCC电源电压直接输入给稳压电源TL431。优选的，负载开关的内阻为80mΩ，且本身为一个MOSFET管，则当EN端低电平时，MOS管关断，此时漏电流只有0.5UA左右，从而有效降低了电源功耗。

如图3所示，在一种具体的实施方式中，优选的，所述测温热电阻采用型号为PT1000的正温度系数热电阻。其中，PT1000的正温度系数热电阻的阻值跟温度的变化成正比，PT1000的阻值与温度变化关系为：当PT1000温度为0℃时它的阻值为1000欧姆，在100℃时它的阻值约为1385.005欧姆；其工作原理为：阻值会随着温度上升而成匀速增长，具有测量准确、稳定性好、性能可靠的优势。则在本申请实施例中，将PT1000热电阻两端电压通过差分运算放大器后输入到信号处理电路，得到相应的电压后再根据PT1000的温度电阻对照表，查找即可此刻对应的温度值。其中，基于电压信号获取得到对应的温度值是现有的方法原理，因此此处不再赘述。

如图3所示，在一种具体的实施方式中，优选的，所述运算放大器采用型号为TP1511TR的超低压运算放大器。具体的，运算放大器的正相输入端分别与电阻R12的2端和电阻R3的1端连接，电阻R3的2端接地，运算放大器的反相输入端分别与电阻R11的2端和电阻R4的1端连接，电阻R12的1端分别与电阻R8的1端和电阻PT1000的1端连接，电阻R11的1端分别与电阻R6的1端和电阻R7的2端连接，电阻R8的2端接入基准源电压VREF，优选的，基准源电压VREF的取值为2.5V，电阻PT1000的2端与电阻R7的1端连接，电阻PT1000的3端接地，电阻R6的2端接入基准源电压VREF，运算放大器的-VS端接地，运算放大器的+VS端接入DVCC电压；电阻R4的2端分别与运算放大器的输出端OUT和电阻R13的1端连接，电阻R13的2端分别与信号处理电路和电容C7的2端连接，电容C7的1端接地。其中，优选的，本申请实施例中的差分采样电路中的各元器件的参数取值可以是：电阻R11 100K、电阻R12 100K、电阻R61K、电阻R7 1K、电阻R8 806R、电阻R4 620K、电阻R3 620K、电阻R13 1K、电容C7 10nF；当然，可以理解的是，本实施例中的差分采样电路中的元器件取值不限于上述举例，具体可以根据应用的测温场景的不同而进行设置，此处不做限定。

其中，优选的，本实施例中的超低压运放TP1511TR，工作电压设置为2.1-6V，从而可以满足电池全电量供电；具体的，差分电路使用虚短和虚断分析,其中，R11＝R12，R4＝R3，可知输出VOUT＝(R4/R11)*(V+-V-),其中，V-＝Vref/(R7/(R6+R7))，V+＝Vref/(Rpt1000/(Rpt1000+R8))(1)，则放大系数就等于R4与R11的比值。优选的，本实施例中的放大系数设置为100。其中，共模干扰信号是指幅度相等，相位相同的干扰信号，干扰信号通过差分采样电路后干扰信号在差分电路上通过将V+干扰和V-干扰做差，从而消除掉共模信号的干扰。

如图4所示，在一种具体的实施方式中，优选的，所述信号处理电路采用型号为HC32L110C6PA的MCU单片机。其中，MCU单片机的P34引脚用于接收差分采样电路中输出端OUT的信号PT1000_CS，则PT1000两端电压通过差分运放后输入到单片机P34的ADC采样通道，得到相应的电压后再根据PT1000的温度电阻对照表，查找此刻对应的温度值；MCU单片机的P36引脚用于接收在运算放大器的输入端直接对基准源电压采样的直流信号，即实际的基准源电压，则通过将采样的实际电压带入Vref，能够消除基准电源的温漂影响此时上式(2)变形为Vout＝(R4/R11)*(Vref/(Rpt1000/(Rpt1000+R87))-Vref/(R7/(R6+R7)))(2)。

如图5所示，在一种具体的实施方式中，优选的，所述装置还包括无线通信电路，所述无线通信电路与所述信号处理电路连接，更优选的，所述无线通信电路采用LORA无线通信电路，从而可将测温装置采集的温度信号发送至外部，例如发送至远端的数据处理终端，如计算机等。

如图6所示，在一种具体的实施方式中，优选的，还包括串行调试接口SWD，所述串行调试接口与所述信号处理电路连接，其中，SWD接口是用来对芯片进行测试的标准接口，基本原理是在器件内部定义一个测试访问口并通过专用的测试工具对芯片内部节点进行测试，允许多个器件通过SWD接口串联在一起，形成一个SWD链，能实现对各个器件分别测试。其中，SWD模式比传统的调试方式在高速模式下面更加可靠，发生错误的几率较小。

基于上述公开的内容，本申请实施例通过负载开关来对电源电路进行管理和控制，从而能够控制电源电路的关断和导通，进而降低电源功耗；通过差分采样消除共模干扰，并通过对差分运算放大器输入端的基准电源进行采样，从而利用实际采样的电压对理想电压进行反馈，以消除温度干扰引起的基准源微变，进而提高测量精度；即将差分采样和基准电源电压反馈相结合，在保证采样精度的同时能够抗环境温度影响和共模干扰影响。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种接触式测温装置，其特征在于，包括电源电路、负载开关、差分采样电路以及信号处理电路；

所述负载开关与所述电源电路的输入端连接，所述电源电路的输出端分别与所述差分采样电路和所述信号处理电路连接，其中，所述电源电路的输出端用于输出基准源电压，所述基准源电压用于分别向所述差分采样电路和所述信号处理电路提供参考电压；

所述差分采样电路包括测温热电阻和运算放大器，所述测温热电阻接入基准源电压，且两端分别与所述运算放大器的输入端连接，所述运算放大器的输出端与所述信号处理电路连接，所述信号处理电路还用于对所述运算放大器输入端的基准源电压进行直流采样，以对所述差分采样电路采集的电压信号进行反馈。

2.根据权利要求1所述的接触式测温装置，其特征在于，还包括无线通信电路，所述无线通信电路与所述信号处理电路连接。

3.根据权利要求1所述的接触式测温装置，其特征在于，还包括串行调试接口，所述串行调试接口与所述信号处理电路连接。

4.根据权利要求1所述的接触式测温装置，其特征在于，所述负载开关采用型号为BL2555的电源管理芯片。

5.根据权利要求1所述的接触式测温装置，其特征在于，所述测温热电阻采用型号为PT1000的正温度系数热电阻。

6.根据权利要求5所述的接触式测温装置，其特征在于，所述运算放大器采用型号为TP1511TR的超低压运算放大器。

7.根据权利要求6所述的接触式测温装置，其特征在于，所述差分采样电路设有多个电阻和电容，其中，运算放大器的正相输入端分别与电阻R12的2端和电阻R3的1端连接，电阻R3的2端接地，运算放大器的反相输入端分别与电阻R11的2端和电阻R4的1端连接，电阻R12的1端分别与电阻R8的1端和电阻PT1000的1端连接，电阻R11的1端分别与电阻R6的1端和电阻R7的2端连接，电阻R8的2端接入基准源电压VREF，电阻PT1000的2端与电阻R7的1端连接，电阻PT1000的3端接地，电阻R6的2端接入基准源电压VREF，运算放大器的-VS端接地，运算放大器的+VS端接入DVCC电压；电阻R4的2端分别与运算放大器的输出端OUT和电阻R13的1端连接，电阻R13的2端分别与信号处理电路和电容C7的2端连接，电容C7的1端接地。

8.根据权利要求1所述的接触式测温装置，其特征在于，所述信号处理电路采用型号为HC32L110C6PA的MCU单片机。

9.根据权利要求2所述的接触式测温装置，其特征在于，所述无线通信电路采用LORA无线通信电路。

10.根据权利要求1所述的接触式测温装置，其特征在于，所述接触式测温装置采用锂电池进行供电。

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