CN218765673U - 一种一体化温度变送器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及温度检测技术领域，提出了一种一体化温度变送器，包括控制单元、温度检测电路和显示单元，温度检测电路和显示单元均与控制单元连接，温度检测电路包括热电阻RT、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R6、电阻R7和运放U1，电阻R1的第一端连接VCC电源，电阻R1的第二端通过热电阻RT接地，电阻R2的第一端连接VCC电源，电阻R2的第二端通过电阻R3接地，电阻R1的第二端连接运放U1的同相输入端，电阻R2的第二端连接运放U1的反相输入端，运放U1的输出端通过电阻R7连接电阻R4的第一端，运放U1的输出端连接控制单元。通过上述技术方案，解决了现有技术中温度变送器通过热电阻检测温度存在精度低的问题。

Description

一种一体化温度变送器

技术领域

本实用新型涉及温度检测技术领域，具体的，涉及一种一体化温度变送器。

背景技术

温度变送器是一种将温度变量转换为可传送的标准化输出信号的仪表。主要用于工业过程温度参数的测量和控制。目前，热电阻和热电偶是工业生产过程自动化最常用的两种温度传感器。热电阻由于在测量的灵敏度、线性度等诸多方面均优于热电偶，因此，得到了更广泛的应用。它具有体积小、准确度高、测温范围宽、稳定性好、正的温度系数等特点，但它同时也存在非线性的缺点。因此，现有温度变送器通过热电阻检测温度存在精度低的问题。

实用新型内容

本实用新型提出一种一体化温度变送器，解决了现有技术中温度变送器通过热电阻检测温度存在精度低的问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种一体化温度变送器，包括控制单元、温度检测电路和显示单元，所述温度检测电路和所述显示单元均与所述控制单元连接，所述温度检测电路包括热电阻RT、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7和运放U1，

所述电阻R1的第一端连接VCC电源，所述电阻R1的第二端连接所述热电阻RT的第一端，所述电阻R2的第一端连接VCC电源，所述电阻R2的第二端通过所述电阻R3连接所述热电阻RT的第二端，所述热电阻RT的第三端接地，所述电阻R4的第一端连接所述电阻R1的第二端，所述电阻R4的第二端连接所述运放U1的同相输入端，所述电阻R5的第一端连接所述电阻R2的第二端，所述电阻R5的第二端连接所述运放U1的反相输入端，所述运放U1的输出端通过所述电阻R6连接所述运放U1的反相输入端，所述运放U1的输出端通过所述电阻R7连接所述电阻R4的第一端，所述运放U1的输出端连接所述控制单元。

进一步，本实用新型中所述温度检测电路还包括电阻R16、稳压管D2、电阻R17、运放U2、变阻器RP1、三极管Q3和电阻R8，所述电阻R16的第一端连接10V电源，所述电阻R16的第二端连接所述稳压管D2的阴极，所述稳压管D2的阳极接地，所述运放U2的同相输入端连接所述电阻R16的第二端，所述运放U2的反相输入端通过所述电阻R17接地，所述运放U2的输出端连接所述三极管Q3的基极，所述三极管Q3的集电极连接10V电源，所述三极管Q3的发射极连接所变阻器RP1的第一端，所述变阻器RP1的第二端连接所述运放U2的反相输入端，所述三极管Q3的发射极通过所述电阻R8接地，所述三极管Q3的发射极连接所述电阻R1的第一端。

进一步，本实用新型中所述温度检测电路还包括电阻R18、电容C10、电容C11、电阻R19、电阻R20、运放U5、电阻R21和电阻R22，所述电阻R18的第一端连接所述运放U1的输出端，所述电阻R18的第二端通过所述电容C11连接所述运放U5的同相输入端，所述电容C10的第一端连接所述电阻R18的第二端，所述电容C10的第二端接地，所述电阻R19的第一端连接所述运放U5的同相输入端，所述电阻R19的第二端接地，所述运放U5的反相输入端通过所述电阻R21接地，所述运放U5的输出端通过所述电阻R22连接所述运放U5的反相输入端，所述运放U5的输出端通过所述电阻R20连接所述电阻R18的第二端，所述运放U5的输出端连接所述控制单元。

进一步，本实用新型中所述温度检测电路还包括电源芯片U6、A/D转换器U4和电阻R15，所述电源芯片U6的输入端连接5V电源，所述电源芯片的输出端连接所述A/D转换器U4的基准电压端，所述A/D转换器U4的供电端通过所述电阻R15连接5V电源，所述A/D转换器U4的输出端连接所述控制单元。

进一步，本实用新型中还包括电流输出电路，所述电流输出电路包括电流转换器U3、电阻R14、电阻R11、三极管Q2、场效应管Q1、和电阻R12，所述电流转换器U3的输入端连接所述控制单元，所述电流转换器U3的供电端连接12V电源，所述电流转换器U3的输出端连接所述三极管Q2的发射极，所述三极管Q2的发射极通过所述电阻R11连接所述三极管Q2的基极，所述电流转换器U3的驱动端连接所述三极管Q2的集电极，所述三极管Q2的集电极连接所述场效应管Q1的栅极，所述场效应管Q1的源极连接所述三极管Q2的基极，所述场效应管Q1的漏极连接所述电阻R12的第一端，所述电阻R12的第二端作为所述电流输出电路的输出端。

本实用新型的工作原理及有益效果为：

本实用新型中，温度检测电路用于检测被测物的温度，并将被测物的温度信号转为电信号送至控制单元，控制单元用于将检测到的电信号转为与其对应的温度值，送至显示单元，最后由显示单元显示出具体温度值。

温度检测电路的工作原理为：热电阻RT采用三线制，热电阻RT、电阻R1、电阻R2和电阻R3构成电桥，正常情况下热电阻RT、电阻R1、电阻R2和电阻R3构成的电桥处于平衡状态，因此运放U1无输出信号产生。当进行温度检测时，热电阻RT的阻值随着被测物的温度变化而变化，从而引起电桥不平衡现象。即运放U1的同相输入端和运放U1的反相输入端产生压差，运放U1构成差动放大电路，运放U1将输入端的压差信号放大后送至控制单元。由于热电阻RT的阻值变化率随着温度的升高而下降，因此通过电阻R7引入适量的正反馈，从而抵消随温度升高造成的热电阻RT的变化率下降。热电阻RT与桥路之间的连接采用3线制，目的是抵消引线电阻所带来的误差。

本实用新型中，热电阻RT的阻值变化率是随着温度升高逐渐减小的。用模拟电路正反馈进行热电阻RT的非线性补偿，即电路中引入正反馈。此反馈信号流经热电阻RT，构成随热电阻RT的增加而不断加深的正反馈，即可补偿热电阻RT的这种非线性特性，达到线性化的目的，从而提高温度的检测精度。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

图1为本实用新型中温度检测电路的电路图；

图2为本实用新型中恒压源电路的电路图；

图3为本实用新型中滤波电路的电路图；

图4为本实用新型中A/D转换电路的电路图；

图5为本实用新型中电流输出电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本实用新型保护的范围。

实施例1

如图1所示，本实施例提出了一种一体化温度变送器，包括控制单元、温度检测电路和显示单元，温度检测电路和显示单元均与控制单元连接，温度检测电路包括热电阻RT、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7和运放U1，电阻R1的第一端连接VCC电源，电阻R1的第二端连接热电阻RT的第一端，电阻R2的第一端连接VCC电源，电阻R2的第二端通过电阻R3连接热电阻RT的第二端，热电阻RT的第三端接地，电阻R4的第一端连接电阻R1的第二端，电阻R4的第二端连接运放U1的同相输入端，电阻R5的第一端连接电阻R2的第二端，电阻R5的第二端连接运放U1的反相输入端，运放U1的输出端通过电阻R6连接运放U1的反相输入端，运放U1的输出端通过电阻R7连接电阻R4的第一端，运放U1的输出端连接控制单元。

温度检测电路用于检测被测物的温度，并将被测物的温度信号转为电信号送至控制单元，控制单元用于将检测到的电信号转为与其对应的温度值，送至显示单元，最后由显示单元显示出具体温度值。

本实施例中，通过热电阻RT采集被测物的温度值，热电阻RT采用的是铂热电阻。由于铂热电阻的非线性特点，在实际应用中，随着温度的升高，铂热电阻的非线性越严重，从而影响最终的检测精度，因此，在通过铂热电阻对被测物进行温度检测时，要对铂热电阻的非线性进行矫正。

具体的，温度检测电路的工作原理为：热电阻RT采用三线制，热电阻RT、电阻R1、电阻R2和电阻R3构成电桥，正常情况下热电阻RT、电阻R1、电阻R2和电阻R3构成的电桥处于平衡状态，因此运放U1无输出信号产生。当进行温度检测时，热电阻RT的阻值随着被测物的温度变化而变化，从而引起电桥不平衡现象。即运放U1的同相输入端和运放U1的反相输入端产生压差，运放U1构成差动放大电路，运放U1将输入端的压差信号放大后送至控制单元。由于热电阻RT的阻值变化率随着温度的升高而下降，因此通过电阻R7引入适量的正反馈，从而抵消随温度升高造成的热电阻RT的变化率下降。热电阻RT与桥路之间的连接采用3线制，目的是抵消引线电阻所带来的误差。

热电阻RT的阻值变化率是随着温度升高逐渐减小的。用模拟电路正反馈进行热电阻RT的非线性补偿，即电路中引入正反馈。此反馈信号流经热电阻RT，构成随热电阻RT的增加而不断加深的正反馈，即可补偿热电阻RT的这种非线性特性，达到线性化的目的，从而提高温度的检测精度。

本实施例中，采用ATMEGA16L作为控制单元。

如图2所示，本实施例中温度检测电路还包括电阻R16、稳压管D2、电阻R17、运放U2、变阻器RP1、三极管Q3和电阻R8，电阻R16的第一端连接10V电源，电阻R16的第二端连接稳压管D2的阴极，稳压管D2的阳极接地，运放U2的同相输入端连接电阻R16的第二端，运放U2的反相输入端通过电阻R17接地，运放U2的输出端连接三极管Q3的基极，三极管Q3的集电极连接10V电源，三极管Q3的发射极连接所变阻器RP1的第一端，变阻器RP1的第二端连接运放U2的反相输入端，三极管Q3的发射极通过电阻R8接地，三极管Q3的发射极连接电阻R1的第一端。

温度检测电路中，VCC用于为温度检测提高稳定的电源，检测的过程中，若VCC电源不稳定将对温度检测的结果产生严重影响。因此VCC电源的稳定性在温度检测电路中至关重要。

具体的，电阻R16、稳压管D2、电阻R17、运放U2、变阻器RP1和三极管Q3构成恒压源电路。其中运放U2构成同相放大电路；三极管Q3构成射极跟随器。10V电压通过电阻R16和稳压管D2产生基准电压Vref，加至运放U2的同相输入端。因此三极管Q3的发射极输出的电压为Vref(1+RP1/R17)。通过调节变阻器RP1的阻值即可改变恒压源电路的输出电压。

如图3所示，本实施例中温度检测电路还包括电阻R18、电容C10、电容C11、电阻R19、电阻R20、运放U5、电阻R21和电阻R22，电阻R18的第一端连接运放U1的输出端，电阻R18的第二端通过电容C11连接运放U5的同相输入端，电容C10的第一端连接电阻R18的第二端，电容C10的第二端接地，电阻R19的第一端连接运放U5的同相输入端，电阻R19的第二端接地，运放U5的反相输入端通过电阻R21接地，运放U5的输出端通过电阻R22连接运放U5的反相输入端，运放U5的输出端通过电阻R20连接电阻R18的第二端，运放U5的输出端连接控制单元。

温度变送器在测温的过程中，将温度信号转为电信号，在信号的转换以及放大过程中难免引入干扰信号，信号放大的过程中同时也会对干扰信号进行放大，如果直接将该放大信号送至控制单元，温度的检测精度将会受到影响。

因此，在运放U1和控制单元之间加入滤波电路，电阻R18、电容C10、电容C11、电阻R19、电阻R20、运放U5、电阻R21和电阻R22构成二阶带通滤波电路。其中电阻R18和电容C10构成无源低通滤波电路，用于滤除信号转换过程中的高频杂波信号；电容C11、电阻R19、电阻R20、运放U5、电阻R21和电阻R22构成有源高通滤波电路，用于滤除电路中电阻引入的噪声信号。从而提高温度检测的精度。

如图4所示，本实施例中温度检测电路还包括电源芯片U6、A/D转换器U4和电阻R15，电源芯片U6的输入端连接5V电源，电源芯片的输出端连接A/D转换器U4的基准电压端，A/D转换器U4的供电端通过电阻R15连接5V电源，A/D转换器U4的输出端连接控制单元。

温度检测电路输出的信号为模拟量信号，控制单元无法直接识别，因此需要将模拟量信号转为数字量信号。从而满足控制单元的需求。本实施例中控制单元内部自带A/D转换器，若采用自带的A/D转换q器，且采用AVR自带的可选4.096V作为参考电压源，会造成误差，从而会对温度变送器造成了很大的误差影响。因此在运放U5和控制单元之间加入外部A/D转换电路。

电源芯片U6、A/D转换器U4和电阻R15构成A/D转换电路，A/D转换电路的电压基准采用REF3040产生4.096V的精密电压加至A/D转换器U4的基准电压端。其中A/D转换器U4的第5引脚、第6引脚和第7引脚接控制单元的3个IO口，实现A/D转换器U4与控制单元之间的SPI通信，完成电压值的采集。

如图5所示，本实施例中还包括电流输出电路，电流输出电路包括电流转换器U3、电阻R14、电阻R11、三极管Q2、场效应管Q1、和电阻R12，电流转换器U3的输入端连接控制单元，电流转换器U3的供电端连接12V电源，电流转换器U3的输出端连接三极管Q2的发射极，三极管Q2的发射极通过电阻R11连接三极管Q2的基极，电流转换器U3的驱动端连接三极管Q2的集电极，三极管Q2的集电极连接场效应管Q1的栅极，场效应管Q1的源极连接三极管Q2的基极，场效应管Q1的漏极连接电阻R12的第一端，电阻R12的第二端作为电流输出电路的输出端。

热电阻RT将被测温度转换成电信号，再将该信号滤波以及A/D转换后送至控制单元，最后由控制单元将接收到的电信号转为与其对应的温度值送至显示单元。相应工作人员可通过显示单元直接观察出被测物温度值。

除此之外，本实施例还包括一路电流输出电路，控制单元将接收到的电信号通过电流输出电路将检测的温度信号转为4～20mA的电流信号输出，目的是方便其它设备使用该检测信号。

电流转换器U3、电阻R14、电阻R11、三极管Q2、场效应管Q1、和电阻R12构成电流输出电路，控制单元输出0～3.3V的电压信号，经电流转换器U3转换后产生4～20mA电流。该电路具有线性度好、电路简单以及高性价比等优点。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，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 (5)

1.一种一体化温度变送器，其特征在于，包括控制单元、温度检测电路和显示单元，所述温度检测电路和所述显示单元均与所述控制单元连接，所述温度检测电路包括热电阻RT、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7和运放U1，

所述电阻R1的第一端连接VCC电源，所述电阻R1的第二端连接所述热电阻RT的第一端，所述电阻R2的第一端连接VCC电源，所述电阻R2的第二端通过所述电阻R3连接所述热电阻RT的第二端，所述热电阻RT的第三端接地，所述电阻R4的第一端连接所述电阻R1的第二端，所述电阻R4的第二端连接所述运放U1的同相输入端，所述电阻R5的第一端连接所述电阻R2的第二端，所述电阻R5的第二端连接所述运放U1的反相输入端，所述运放U1的输出端通过所述电阻R6连接所述运放U1的反相输入端，所述运放U1的输出端通过所述电阻R7连接所述电阻R4的第一端，所述运放U1的输出端连接所述控制单元。

2.根据权利要求1所述的一种一体化温度变送器，其特征在于，所述温度检测电路还包括电阻R16、稳压管D2、电阻R17、运放U2、变阻器RP1、三极管Q3和电阻R8，所述电阻R16的第一端连接10V电源，所述电阻R16的第二端连接所述稳压管D2的阴极，所述稳压管D2的阳极接地，所述运放U2的同相输入端连接所述电阻R16的第二端，所述运放U2的反相输入端通过所述电阻R17接地，所述运放U2的输出端连接所述三极管Q3的基极，所述三极管Q3的集电极连接10V电源，所述三极管Q3的发射极连接所变阻器RP1的第一端，所述变阻器RP1的第二端连接所述运放U2的反相输入端，所述三极管Q3的发射极通过所述电阻R8接地，所述三极管Q3的发射极连接所述电阻R1的第一端。

3.根据权利要求1所述的一种一体化温度变送器，其特征在于，所述温度检测电路还包括电阻R18、电容C10、电容C11、电阻R19、电阻R20、运放U5、电阻R21和电阻R22，所述电阻R18的第一端连接所述运放U1的输出端，所述电阻R18的第二端通过所述电容C11连接所述运放U5的同相输入端，所述电容C10的第一端连接所述电阻R18的第二端，所述电容C10的第二端接地，所述电阻R19的第一端连接所述运放U5的同相输入端，所述电阻R19的第二端接地，所述运放U5的反相输入端通过所述电阻R21接地，所述运放U5的输出端通过所述电阻R22连接所述运放U5的反相输入端，所述运放U5的输出端通过所述电阻R20连接所述电阻R18的第二端，所述运放U5的输出端连接所述控制单元。

4.根据权利要求1所述的一种一体化温度变送器，其特征在于，所述温度检测电路还包括电源芯片U6、A/D转换器U4和电阻R15，所述电源芯片U6的输入端连接5V电源，所述电源芯片的输出端连接所述A/D转换器U4的基准电压端，所述A/D转换器U4的供电端通过所述电阻R15连接5V电源，所述A/D转换器U4的输出端连接所述控制单元。

5.根据权利要求2所述的一种一体化温度变送器，其特征在于，还包括电流输出电路，所述电流输出电路包括电流转换器U3、电阻R14、电阻R11、三极管Q2、场效应管Q1、和电阻R12，所述电流转换器U3的输入端连接所述控制单元，所述电流转换器U3的供电端连接12V电源，所述电流转换器U3的输出端连接所述三极管Q2的发射极，所述三极管Q2的发射极通过所述电阻R11连接所述三极管Q2的基极，所述电流转换器U3的驱动端连接所述三极管Q2的集电极，所述三极管Q2的集电极连接所述场效应管Q1的栅极，所述场效应管Q1的源极连接所述三极管Q2的基极，所述场效应管Q1的漏极连接所述电阻R12的第一端，所述电阻R12的第二端作为所述电流输出电路的输出端。

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