CN218584219U - 测温电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种测温电路，属于电子电路领域。该测温电路包括：热敏电阻、稳压电路、信号处理电路和采集芯片；稳压电路与热敏电阻连接，用于对施加于热敏电阻上的外部供电电压进行稳压；信号处理电路与热敏电阻连接，用于对热敏电阻的输出电压信号进行稳定处理，稳定处理至少包括电压跟随处理、滤波处理、放大处理和噪声隔离处理；采集芯片与信号处理电路连接，用于对信号处理电路的输出电压信号进行采集，并根据信号处理电路的输出电压信号和热敏电阻的温度系数获取热敏电阻测得的温度。本实用新型提供的测温电路，可以提高测得的温度精度。

Description

测温电路

技术领域

本实用新型涉及电子电路领域，特别是涉及一种测温电路。

背景技术

目前3D打印设备使用热敏电阻进行喷头加热器和热床硅胶板测温，其测温电路通过一个电阻串联热敏电阻进行分压，并将热敏电阻的阻值转为电压信号，再经过电容滤波传输到单片机的模/数转换器的引脚进行采集。

现有的3D打印设备的测温电路中的热敏电阻通常是和小功率器件、数字电路、多个电机磁性器件等公用一个电源，这些器件在运转时需要大量电流，会拉低电源电压值，导致热敏电阻的电压不稳定，同时，这些器件产生的噪音会经过电缆线传导回主板，对电源和零电位产生串扰。由于热敏电阻的模拟电压信号幅值较小，因此极小的扰动都会导致最终测得的温度存在较大的误差。

因此，现有的3D打印设备的测温电路测得的温度误差较大。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种测温电路，能够提高测得的温度精度。

一种测温电路，该测温电路包括：热敏电阻、稳压电路、信号处理电路和采集芯片；

稳压电路与热敏电阻连接，用于对施加于热敏电阻上的外部供电电压进行稳压；

信号处理电路与热敏电阻连接，用于对热敏电阻的输出电压信号进行稳定处理，稳定处理至少包括电压跟随处理、滤波处理、放大处理和噪声隔离处理；

采集芯片与信号处理电路连接，用于对信号处理电路的输出电压信号进行采集，并根据信号处理电路的输出电压信号和热敏电阻的温度系数获取热敏电阻测得的温度。

在一个实施例中，稳压电路包括：第一电阻、稳压管、第二电阻和第三电阻；第一电阻与外部电源连接并与热敏电阻串联；稳压管与热敏电阻并联；第二电阻的第一端与第三电阻的第一端连接，第二电阻的第二端与稳压管的第一端连接，第三电阻的第二端与稳压管的第二端连接。

在一个实施例中，稳压电路还包括：第一电容和第二电容；第一电容与稳压管并联，第二电容与热敏电阻并联。

在一个实施例中，稳压电路还包括：第四电阻，第四电阻分别与第一电阻和热敏电阻串联。

在一个实施例中，稳压电路还包括：第一电容和第二电容；

第一电容与稳压管并联，第二电容与热敏电阻并联。

在一个实施例中，信号处理电路包括：第一运放电路、隔离电路、第二运放电路、第三运放电路和滤波电路；

第一运放电路与热敏电阻连接，用于对热敏电阻的输出电压信号进行电压跟随处理，以使第一运放电路的输出电压信号和第一运放电路的输入电压信号一致；

隔离电路与第一运放电路连接，用于对第一运放电路的输出电压信号中的信号噪声进行隔离；

第二运放电路与隔离电路连接，用于对隔离电路的输出电压信号进行放大处理；

第三运放电路与第二运放电路连接，用于对第二运放电路的输出电压信号进行再次放大；

滤波电路与第三运放电路连接，用于对第二运放电路的输出电压信号中的预设波段进行滤除。

在一个实施例中，第一运放电路包括：跟随器、第五电阻和第三电容；

第五电阻的第一端与跟随器的输出端连接，第五电阻的第二端与第三电容的第一端连接，第三电容的第二端接地。

在一个实施例中，隔离电路包括：第一运放器、第四电容、第六电阻、第五电容和线性光耦；

第一运放器的输出端分别与第四电容的第一端和第六电阻的第一端连接；

第六电阻的第二端与第五电容的第一端连接，第五电容的第二端与线性光耦的输入端连接；

线性光耦的输出端分别与第一运放器的输入端和第二运放电路的输入端连接。

在一个实施例中，第二运放电路包括：第三运放器、第七电阻和第六电容；第三运放器、第七电阻和第六电容之间分别并联。

在一个实施例中，第三运放电路包括：第四运放器。

在一个实施例中，滤波电路包括：第八电阻和第七电容，第八电阻与第七电容串联。

在一个实施例中，采集芯片的输入端与滤波电路的输出端连接。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本申请实施例提供的测温电路包括：热敏电阻、稳压电路、信号处理电路和采集芯片，其中，稳压电路与热敏电阻连接，用于对施加于热敏电阻上的外部供电电压进行稳压，信号处理电路用于对热敏电阻的输出电压信号进行电压跟随处理、滤波处理、放大处理和噪声隔离处理等处理，采集芯片用于对信号处理电路的输出电压信号进行采集，并根据信号处理电路的输出电压信号和热敏电阻的温度系数获取热敏电阻测得的温度。本申请实施例提供的测温电路，通过稳压电路可以对施加于热敏电阻上的外部供电电压进行稳压，可以避免由于电压不稳定导致最终测得的温度误差较大的问题，同时，通过对热敏电阻输出的电压信号进行电压跟随处理、滤波处理、放大处理和噪声隔离处理等处理，可以进一步提高热敏电阻电压信号的稳定性，进而进一步的提高了测温电路最终测得的温度精度。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种测温电路的结构框图；

图2为本申请实施例提供的稳压电路的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种信号处理电路的结构框图；

图4为本申请实施例提供的一种第一运放电路的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种隔离电路的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种第二运放电路的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的一种第三运放电路的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的一种滤波电路的结构示意图；

图9为本申请实施例提供的热敏电阻的输出电压信号与滤波电路的输出电压信号的测试仿真图；

图10为本申请实施例提供的一种测温电路的结构示意图；

图11为本申请实施例提供的测温电路的应用场景的示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

目前3D打印设备使用热敏电阻进行喷头加热器和热床硅胶板测温，其测温电路通过一个电阻串联热敏电阻进行分压，并将热敏电阻的阻值转为电压信号，再经过电容滤波传输到单片机的模/数转换器的引脚进行采集。

现有的3D打印设备的测温电路中的热敏电阻通常是和小功率器件、数字电路、多个电机磁性器件等公用一个电源，这些器件在运转时需要大量电流，会拉低电源电压值，导致热敏电阻的电压不稳定，同时，这些器件产生的噪音会经过电缆线传导回主板，对电源和零电位产生串扰。由于热敏电阻的模拟电压信号幅值较小，因此极小的扰动都会导致最终测得的温度存在较大的误差。因此，现有的3D打印设备的测温电路测得的温度误差较大。

同时，电机磁性器件产生的噪音会经过电缆线传导回主板，对电路板的电源和零电位产生串扰。因为热敏电阻阻值分压后取得的模拟电压信号精度是在几mv到几十mv之间，一旦存在电源噪声、参考地不干净和滤波不当时，单片机采集的受干扰电压值信号，数据处理后会存在几十摄氏度差距。在没有单独对模拟信号隔离、电源隔离和传输路径进行合理稳压滤波处理，经受到电机和外界干扰都会影响到最终采集模拟电压信号的精准度。

本申请实施例提供的测温电路包括：热敏电阻、稳压电路、信号处理电路和采集芯片，其中，稳压电路与热敏电阻连接，用于对施加于热敏电阻上的外部供电电压进行稳压，信号处理电路用于对热敏电阻的输出电压信号进行电压跟随处理、滤波处理、放大处理和噪声隔离处理等处理，采集芯片用于对信号处理电路的输出电压信号进行采集，并根据信号处理电路的输出电压信号和热敏电阻的温度系数获取热敏电阻测得的温度。本申请实施例提供的测温电路，通过稳压电路可以对施加于热敏电阻上的外部供电电压进行稳压，可以避免由于电压不稳定导致最终测得的温度误差较大的问题，同时，通过对热敏电阻输出的电压信号进行电压跟随处理、滤波处理、放大处理和噪声隔离处理等处理，可以进一步提高热敏电阻电压信号的稳定性，进而进一步的提高了测温电路最终测得的温度精度。

下面以具体的实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。

图1为本申请实施例提供的一种测温电路的结构框图，该测温电路包括：热敏电阻20、稳压电路10、信号处理电路30和采集芯片40。

其中，稳压电路10与热敏电阻20连接，用于对施加于热敏电阻20上的外部供电电压进行稳压；信号处理电路30与热敏电阻20连接，用于对热敏电阻20的输出电压信号进行稳定处理，稳定处理至少包括电压跟随处理、滤波处理、放大处理和噪声隔离处理；采集芯片40与信号处理电路30连接，用于对信号处理电路30的输出电压信号进行采集，并根据信号处理电路30的输出电压信号和热敏电阻20的温度系数获取热敏电阻20测得的温度。

本申请实施例提供的测温电路包括：热敏电阻20、稳压电路10、信号处理电路30和采集芯片40，其中，稳压电路10与热敏电阻20连接，用于对施加于热敏电阻20上的外部供电电压进行稳压，信号处理电路30用于对热敏电阻20 的输出电压信号进行电压跟随处理、滤波处理、放大处理和噪声隔离处理等处理，采集芯片40用于对信号处理电路30的输出电压信号进行采集，并根据信号处理电路30的输出电压信号和热敏电阻20的温度系数获取热敏电阻20测得的温度。本申请实施例提供的测温电路，通过稳压电路10可以对施加于热敏电阻20上的外部供电电压进行稳压，可以避免由于电压不稳定导致最终测得的温度误差较大的问题，同时，通过对热敏电阻20输出的电压信号进行电压跟随处理、滤波处理、放大处理和噪声隔离处理等处理，可以进一步提高热敏电阻20 电压信号的稳定性，进而进一步的提高了测温电路最终测得的温度精度。

图2为本申请实施例提供的稳压电路的结构示意图，该稳压电路10包括：第一电阻、稳压管、第二电阻和第三电阻。

其中，第一电阻与外部电源连接并与热敏电阻20串联；稳压管与热敏电阻 20并联；第二电阻的第一端与第三电阻的第一端连接，第二电阻的第二端与稳压管的第一端连接，第三电阻的第二端与稳压管的第二端连接。

进一步的，该稳压电路10还包括：第一电容和第二电容；第一电容与稳压管并联，第二电容与热敏电阻20并联。

进一步的，该稳压电路10还包括：第四电阻，第四电阻分别与第一电阻和热敏电阻20串联。

其中，第四电阻和热敏电阻20组成分压电路，在实际应用中，热敏电阻会根据温度变化，阻值也跟着变化，而第四电阻的阻值一定，电压就会呈现出热敏电阻的阻值，采集芯片40中包括采集程序，即：ADC电压采集程序，采集芯片40根据采集到的电压来计算出热敏电阻的阻值，热敏电阻的阻值与温度对应，采集程序通过查找预设的热敏电阻的阻值温度表，即可知道当前的实际温度。

可选的，该稳压管可以为TL431稳压器。

在实际应用中，通过稳压管将热敏电阻20的供电电压转为高精准电压，与该稳压管并联的第一电容可以稳定稳压管的电压，热敏电阻20的输出电压信号经过第二电容进行滤波后输出到下一级电路，使用一个高精度稳压管给电阻和热敏电阻20供电，提高了热敏电阻20的阻值转换电压模拟信号高精度。

图3为本申请实施例提供的一种信号处理电路的结构框图，如图3所示，该信号处理电路30包括：第一运放电路301、隔离电路302、第二运放电路303、第三运放电路304和滤波电路305；

第一运放电路301与热敏电阻20连接，用于对热敏电阻20的输出电压信号进行电压跟随处理，以使第一运放电路301的输出电压信号和第一运放电路 301的输入电压信号一致；隔离电路302与第一运放电路301连接，用于对第一运放电路301的输出电压信号中的信号噪声进行隔离；第二运放电路303与隔离电路302连接，用于对隔离电路302的输出电压信号进行放大处理；第三运放电路304与第二运放电路303连接，用于对第二运放电路303的输出电压信号进行再次放大；滤波电路305与第三运放电路304连接，用于对第二运放电路303的输出电压信号中的预设波段进行滤除。

在实际应用中，通过对热敏电阻20输出的电压信号，经过第一运放电路301 进行电压跟随处理，以使第一运放电路301的输出电压信号和第一运放电路301 的输入电压信号一致，再经过隔离电路302对第一运放电路301的输出电压信号中的信号噪声进行隔离，再经过第二运放电路303对隔离电路302的输出电压信号进行放大处理，再经过第三运放电路304对第二运放电路303的输出电压信号进行再次放大，最后经过滤波电路305对第二运放电路303的输出电压信号中的预设波段进行滤除，可以进一步提高热敏电阻20电压信号的稳定性，进而进一步的提高了测温电路最终测得的温度精度。

图4为本申请实施例提供的一种第一运放电路的结构示意图，如图4所示，该第一运放电路301包括：跟随器、第五电阻和第三电容。

其中，第五电阻的第一端与跟随器的输出端连接，第五电阻的第二端与第三电容的第一端连接，第三电容的第二端接地。

可选的，跟随器是一个通用型的运算放大器，同相接输入信号，反相接输出引脚组成了一个典型的跟随器。第五电阻和第三电容组成的一个低通滤波网络电路。跟随器用于对热敏电阻20的输出信号进行电压跟随处理，以使第一运放电路301的输出电压信号和第一运放电路301的输入电压信号一致。第五电阻和第三电容用于对第六电压信号的预设波段进行滤除。使用跟随器保证了热敏电阻20的输出电压信号采集后的稳定性。

进一步的，根据频域分析方法，可以通过第五电阻和第三电容的取值得出需要滤除的预设波段范围。

图5为本申请实施例提供的一种隔离电路的结构示意图，如图5所示，该隔离电路302包括：第一运放器、第四电容、第六电阻、第五电容和线性光耦。

其中，第一运放器的输出端分别与第四电容的第一端和第六电阻的第一端连接；第六电阻的第二端与第五电容的第一端连接，第五电容的第二端与线性光耦的输入端连接；线性光耦的输出端分别与第一运放器的输入端和第二运放电路303的输入端连接。

可选的，线性光耦可以为：HCNR201，HCNR201是一个电流增益近似是1： 1的电流器件，该线性光耦中包括发光二极管，其中，第六电阻的阻值大小决定了HCNR201电流增益，同时会影响到线性光耦的光强，运算放大器和HCNR201 组成了将电压：电流：电压信号依次转换，实现了信号1：1隔离。

第二运放器和线性光耦用于对第三电压信号中的噪声信号进行隔离处理；第六电阻和第五电容用于对线性光耦进行限流保护。第四电容用于对第一运放器的输出电压信号中的预设波段进行滤除，隔离电路302可以保证初级电路不会对次级电路带来致命故障，次级电路不会影响到初级电路。

图6为本申请实施例提供的一种第二运放电路303，如图6所示，该第二运放电路303包括：第三运放器、第七电阻和第六电容；其中，第三运放器、第七电阻和第六电容之间分别并联。

其中，第三运放器用于对隔离电路302的输出电压信号进行放大处理；第七电阻和第六电容用于对第三运放器的输出电压信号中的预设波段进行滤除。

图7为本申请实施例提供的一种第三运放电路304的结构示意图，如图7 所示，该第三运放电路304包括：第四运放器，该第四运放器的输入端与第二运放器的输出端连接，用于对第二运放电路303的输出电压信号进行自此放大处理。

图8为本申请实施例提供的一种滤波电路305的结构示意图，如图8所示，该滤波电路305包括：第八电阻和第七电容，其中，第八电阻与第七电容串联，用于对第三运放电路304输出的电压信号中的预设波段进行滤除，提高了整体电路抗干扰性质。

图9为本申请实施例提供的热敏电阻20的输出电压信号与滤波电路305的输出电压信号的测试仿真图，如图9所示，热敏电阻20的输出电压信号与滤波电路305的输出电压信号仅有0.004V的精度差异，可以满足采集芯片40对热敏电阻20分压的采集。输入与输出存在的4mV精度差异主要是与运算放大器的失调电压和共模抑制比有关，这个与器件的工艺、价格、质量有直接关系，是满足容差范围的。

图10为本申请实施例提供的另一种测温电路的结构图，如图10所示，该测温电路包括：热敏电阻20、稳压电路10、信号处理电路30和采集芯片40，其中，稳压电路10与热敏电阻20连接，用于对施加于热敏电阻20上的外部供电电压进行稳压，信号处理电路30用于对热敏电阻20的输出电压信号进行电压跟随处理、滤波处理、放大处理和噪声隔离处理等处理，采集芯片40用于对信号处理电路30的输出电压信号进行采集，并根据信号处理电路30的输出电压信号和热敏电阻20的温度系数获取热敏电阻20测得的温度。本申请实施例提供的测温电路，通过稳压电路10可以对施加于热敏电阻20上的外部供电电压进行稳压，可以避免由于电压不稳定导致最终测得的温度误差较大的问题，同时，通过对热敏电阻20输出的电压信号进行电压跟随处理、滤波处理、放大处理和噪声隔离处理等处理，可以进一步提高热敏电阻20电压信号的稳定性，进而进一步的提高了测温电路最终测得的温度精度。

图11为本申请实施例提供的测温电路的应用场景的示意图，如图11所示，其中，图11中的热敏电阻20模拟电压信号隔离线性测温电路即为测温电路，图中的热床硅胶板贴在铝板上面给3D打印机的热床平台加热，其中，加热电压是24V，3D打印机主控板单片机(MCU)控制热床硅胶板的加热的开启或者断开，热敏电阻20是贴在铝板上，热敏电阻20的阻值随着铝板温度变化而变化，同时，热敏电阻20阻值的变化经过测温电路后，转化为电压信号给3D打印机主控板单片机的ADC引脚进行采集。主控板将采集的电压通过计算程序计算得到实际热床平台的温度值，并计算实际温度值与用户设定的温度值的差值，根据差值控制加热状态，从而实现3D打印机的热床平台的温度的闭环控制。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种测温电路，其特征在于，所述测温电路包括：热敏电阻、稳压电路、信号处理电路和采集芯片；

所述稳压电路与所述热敏电阻连接，用于对施加于所述热敏电阻上的外部供电电压进行稳压；

所述信号处理电路与所述热敏电阻连接，用于对所述热敏电阻的输出电压信号进行稳定处理，所述稳定处理至少包括电压跟随处理、滤波处理、放大处理和噪声隔离处理；

所述采集芯片与所述信号处理电路连接，用于对所述信号处理电路的输出电压信号进行采集，并根据所述信号处理电路的输出电压信号和所述热敏电阻的温度系数获取所述热敏电阻测得的温度。

2.根据权利要求1所述的测温电路，其特征在于，所述稳压电路包括：第一电阻、稳压管、第二电阻和第三电阻；

所述第一电阻与外部电源连接并与所述热敏电阻串联；

所述稳压管与所述热敏电阻并联；

所述第二电阻的第一端与所述第三电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述稳压管的第一端连接，所述第三电阻的第二端与所述稳压管的第二端连接。

3.根据权利要求2所述的测温电路，其特征在于，所述稳压电路还包括：第一电容和第二电容；

所述第一电容与所述稳压管并联，所述第二电容与所述热敏电阻并联。

4.根据权利要求2所述的测温电路，其特征在于，所述稳压电路还包括：第四电阻，所述第四电阻分别与所述第一电阻和所述热敏电阻串联。

5.根据权利要求1所述的测温电路，其特征在于，所述信号处理电路包括：第一运放电路、隔离电路、第二运放电路、第三运放电路和滤波电路；

所述第一运放电路与所述热敏电阻连接，用于对所述热敏电阻的输出电压信号进行电压跟随处理，以使所述第一运放电路的输出电压信号和所述第一运放电路的输入电压信号一致；

所述隔离电路与所述第一运放电路连接，用于对所述第一运放电路的输出电压信号中的信号噪声进行隔离；

所述第二运放电路与所述隔离电路连接，用于对所述隔离电路的输出电压信号进行放大处理；

所述第三运放电路与所述第二运放电路连接，用于对所述第二运放电路的输出电压信号进行再次放大；

所述滤波电路与所述第三运放电路连接，用于对所述第二运放电路的输出电压信号中的预设波段进行滤除。

6.根据权利要求5所述的测温电路，其特征在于，所述第一运放电路包括：跟随器、第五电阻和第三电容；

所述第五电阻的第一端与所述跟随器的输出端连接，所述第五电阻的第二端与所述第三电容的第一端连接，所述第三电容的第二端接地。

7.根据权利要求5所述的测温电路，其特征在于，所述隔离电路包括：第一运放器、第四电容、第六电阻、第五电容和线性光耦；

所述第一运放器的输出端分别与所述第四电容的第一端和所述第六电阻的第一端连接；

所述第六电阻的第二端与所述第五电容的第一端连接，所述第五电容的第二端与所述线性光耦的输入端连接；

所述线性光耦的输出端分别与所述第一运放器的输入端和所述第二运放电路的输入端连接。

8.根据权利要求5所述的测温电路，其特征在于，所述第二运放电路包括：第三运放器、第七电阻和第六电容；

所述第三运放器、所述第七电阻和所述第六电容之间分别并联。

9.根据权利要求5所述的测温电路，其特征在于，所述第三运放电路包括：第四运放器。

10.根据权利要求5所述的测温电路，其特征在于，所述滤波电路包括：第八电阻和第七电容，所述第八电阻与所述第七电容串联。

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