CN218413307U - 一种基于反馈控制的氢气传感器用温度调节电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于反馈控制的氢气传感器用温度调节电路，包括电压调节单元、闭环反馈单元、调节设定单元、比较输出单元和过压保护单元，所述电压调节单元的输入端连接电源，所述电压调节单元的输出端分别连接传感器内部的加热电阻和过压保护单元，所述闭环反馈单元分别连接所述比较输出单元的输出端和所述电压调节单元，所述比较输出单元的输入端分别连接调节设定单元和传感器内部的热敏电阻。该实用新型通过电压调节单元、闭环反馈单元、调节设定单元、比较输出单元和过压保护单元的相互配合，实现温度闭环控制；相比利用热敏电阻形成闭环反馈的线性调压方案，提高了电能转换效率；同时采用可调电阻及差分输入，实现不同温度的灵活设定。

Description

一种基于反馈控制的氢气传感器用温度调节电路

技术领域

本实用新型涉及氢气传感器领域，尤其是涉及了一种基于反馈控制的氢气传感器用温度调节电路。

背景技术

随着社会和科技的发展，MEMS气体传感器逐渐备受关注并得到不断发展，其中氢气传感器其内部传感元需要工作在特定的温度条件下，并且对温度的精确度和稳定性都有很高的要求。目前存在的温度调节电路有两种：1、直接对特定阻值的电阻施加电压，利用电阻的发热功率特性对电路进行加热，最终发热和散热达到平衡，温度稳定；2、在第1种调节电路的基础上，使用热敏电阻，构成闭环反馈控制实现线性调压，通过控制加热电阻两端的电压从而控制温度变化。

现有技术存在一定的缺点：1、直接对电阻加热的电路方案，只是简单的开环控制，而且过程中随着温度的变化，电阻的阻值都会改变，所以此种方案只能实现粗略的温度调节，很难满足对精确度要求较高的工作场合；2、利用热敏电阻形成闭环反馈的线性调压方案，虽然温度调节精度得到提高，但是由于使用线性元器件进行多余电能的损耗，所以造成能源的浪费，加热效率也不高，同时线性调压的范围也比较有限，不能满足温度调节范围比较宽的电路场合。

发明内容

为了解决背景技术中所存在的问题，本实用新型提出了一种基于反馈控制的氢气传感器用温度调节电路。

一种基于反馈控制的氢气传感器用温度调节电路，包括电压调节单元、闭环反馈单元、调节设定单元、比较输出单元和过压保护单元，所述电压调节单元的输入端连接电源，所述电压调节单元的输出端分别连接传感器内部的加热电阻和过压保护单元，所述闭环反馈单元分别连接所述比较输出单元的输出端和所述电压调节单元，所述比较输出单元的输入端分别连接调节设定单元和传感器内部的热敏电阻。

基于上述，所述电压调节单元包括电压转换芯片，所述电压转换芯片的输入端连接直流电源，所述电压转换芯片的输出端连接传感器内部的加热电阻。

基于上述，所述闭环反馈单元包括电阻R3、电阻R4、电阻R9和电容C2，所述电阻R3的一端连接电压调节单元的输出端，所述电阻R3的另一端依次通过所述电阻R4和电阻R9接地，所述电阻R3的另一端还连接所述电压调节单元的反馈输入端并通过电容C2接地。

基于上述，所述调节设定单元包括电阻R6、可调电阻VR1、电阻R10和电容C8，所述可调电阻VR1的一端通过电阻R6连接电源，所述可调电阻VR1的另一端接地，所述可调电阻VR1的调节端连接所述比较输出单元的一个输入端并分别通过电容C8与电阻R10接地。

基于上述，所述比较输出单元包括运放U1和三极管Q1，运放U1的同相输入端连接所述调节设定单元，所述运放U1的反相输入端通过电阻R5连接电源并通过传感器内部的热敏电阻接地，所述运放U1的输出端通过电阻R7连接三极管Q1的基极，三极管Q1的基极还通过电阻R8接地，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极连接闭环反馈单元。

基于上述，所述过压保护单元包括稳压二极管D1，所述稳压二极管D1的一端连接电压调节单元的输出端，所述稳压二极管D1的另一端接地。

本实用新型相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说，本实用新型通过电压调节单元、闭环反馈单元、调节设定单元、比较输出单元和过压保护单元的相互配合，实现了温度闭环控制；相比利用热敏电阻形成闭环反馈的线性调压方案，本电路采用DC-DC电压转化的方式，提高了电能转换效率；同时，采用可调电阻VR1、热敏电阻和运放的差分输入方式，实现了不同温度的灵活设定，满足氢气传感器对不同工作温度的需求。

附图说明

图1是本实用新型的电路结构示意图。

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，所描述的实施例仅仅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付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。

如图1所示，一种基于反馈控制的氢气传感器用温度调节电路，包括电压调节单元、闭环反馈单元、调节设定单元、比较输出单元和过压保护单元，所述电压调节单元的输入端连接电源，所述电压调节单元的输出端分别连接传感器内部的加热电阻和过压保护单元，所述闭环反馈单元分别连接所述比较输出单元的输出端和所述电压调节单元，所述比较输出单元的输入端分别连接调节设定单元和传感器内部的热敏电阻。

使用时，电压保护单元输入端连接直流电源，输出端连接氢气传感器内部的加热电阻的输入电压端，传感器内部的热敏电阻分压端和调节设定单元分别连接比较输出单元的输入端，比较输出单元的输出端通过闭环反馈单元连接电压调节单元的反馈输入端。该电路通过调节设定单元对目标温度进行灵活设定，调节方便，满足氢气传感器对不同工作温度的需求；通过设定的温度对应的电压值与热敏电阻反馈的电压值进行比较输出后，通过反馈回路，形成闭环控制，能够实现更加精确、稳定的温度调节，为氢气传感器的工作提供可靠的温度环境，使传感器性能得到有效保障。

具体的，所述电压调节单元包括电压转换芯片U2，电压转换芯片U2为DC-DC电压转换芯片，型号为AP61100Z6，电压转换芯片U2的3脚连接直流电压，电压转换芯片U2的6脚连接传感器内部的加热电阻的输入电压端RH+，用于将直流电压转换为所需的电压进行输出。所述过压保护单元包括稳压二极管D1，所述稳压二极管D1的一端连接电压调节单元的输出端，所述稳压二极管D1的另一端接地。稳压二极管D1主要起防止过压从而保护氢气传感器的作用。

所述闭环反馈单元包括电阻R3、电阻R4、电阻R9和电容C2，所述电阻R3的一端连接电压调节单元的输出端，所述电阻R3的另一端依次通过所述电阻R4和电阻R9接地，所述电阻R3的另一端还连接所述电压调节单元的反馈输入端并通过电容C2接地。闭环反馈单元实际为分压电路，用于采集比较输出单元的输出电压变化量，并将采集结果输入至电压转换芯片U2的反馈输入端也即1脚，电压转换芯片U2根据反馈结果对输出电压进行自动转换调节。电容C2、电容C3、电容C4为滤波电容。

所述调节设定单元包括电阻R6、可调电阻VR1、电阻R10和电容C8，所述可调电阻VR1的一端通过电阻R6连接电源，所述可调电阻VR1的另一端接地，所述可调电阻VR1的调节端连接所述比较输出单元的一个输入端并分别通过电容C8与电阻R10接地。所述比较输出单元包括运放U1和三极管Q1，运放U1的同相输入端连接所述调节设定单元，所述运放U1的反相输入端通过电阻R5连接电源并通过传感器内部的热敏电阻接地，所述运放U1的输出端通过电阻R7连接三极管Q1的基极，三极管Q1的基极还通过电阻R8接地，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极连接闭环反馈单元。在图1中，RH+为氢气传感器内部加热电阻的加热电压输入端，为氢气传感器内部的加热电阻提供电压，RT+和RT-是氢气传感器内的热敏电阻两个接口端，氢气传感器内部的加热电阻和热敏电阻处的温度基本相同，氢气传感器内部的加热电阻和热敏电阻为现有技术，不再赘述。可调电阻VR1通过其电阻值的调整对后端RH+处的加热电压进行大小调节，从而实现对氢气传感器温度的设定。RT+和RT-是氢气传感器的热敏电阻的两个接口端，也即热敏电阻的分压端连接运放U1的反相输入端，通过运放U1，本实施例中型号为OPA333，比较热敏电阻分压值和可调电阻VR1分压值的大小，通过差值大小实现输出电压的自动调节；三极管Q1，本实施例中型号为PMBTA42，作用是将运放输出信号放大。电路工作时，根据传感器的工作温度需求以及热敏电阻特性曲线，调节可调电阻VR1，设定目标温度，如果传感器内部温度高于设定值，则热敏电阻阻值增加，运放U1输出电压降低，三极管Q1电流减小，电阻R3分压减小，电压转换芯片U2根据反馈结果调节输出电压，使RH+电压减小，加热电阻的电压减小，减少发热，从而温度降低；同理如果传感器温度低于设定值，通过反馈调节，RH+电压增大，从而使氢气传感器内部温度升高。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (6)

1.一种基于反馈控制的氢气传感器用温度调节电路，其特征在于：包括电压调节单元、闭环反馈单元、调节设定单元、比较输出单元和过压保护单元，所述电压调节单元的输入端连接电源，所述电压调节单元的输出端分别连接传感器内部的加热电阻和过压保护单元，所述闭环反馈单元分别连接所述比较输出单元的输出端和所述电压调节单元，所述比较输出单元的输入端分别连接调节设定单元和传感器内部的热敏电阻。

2.根据权利要求1所述的基于反馈控制的氢气传感器用温度调节电路，其特征在于：所述电压调节单元包括电压转换芯片，所述电压转换芯片的输入端连接直流电源，所述电压转换芯片的输出端连接传感器内部的加热电阻。

3.根据权利要求1所述的基于反馈控制的氢气传感器用温度调节电路，其特征在于：所述闭环反馈单元包括电阻R3、电阻R4、电阻R9和电容C2，所述电阻R3的一端连接电压调节单元的输出端，所述电阻R3的另一端依次通过所述电阻R4和电阻R9接地，所述电阻R3的另一端还连接所述电压调节单元的反馈输入端并通过电容C2接地。

4.根据权利要求1所述的基于反馈控制的氢气传感器用温度调节电路，其特征在于：所述调节设定单元包括电阻R6、可调电阻VR1、电阻R10和电容C8，所述可调电阻VR1的一端通过电阻R6连接电源，所述可调电阻VR1的另一端接地，所述可调电阻VR1的调节端连接所述比较输出单元的一个输入端并分别通过电容C8与电阻R10接地。

5.根据权利要求1所述的基于反馈控制的氢气传感器用温度调节电路，其特征在于：所述比较输出单元包括运放U1和三极管Q1，运放U1的同相输入端连接所述调节设定单元，所述运放U1的反相输入端通过电阻R5连接电源并通过传感器内部的热敏电阻接地，所述运放U1的输出端通过电阻R7连接三极管Q1的基极，三极管Q1的基极还通过电阻R8接地，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极连接闭环反馈单元。

6.根据权利要求1所述的基于反馈控制的氢气传感器用温度调节电路，其特征在于：所述过压保护单元包括稳压二极管D1，所述稳压二极管D1的一端连接电压调节单元的输出端，所述稳压二极管D1的另一端接地。

Images