CN219084253U - 一种高精度温度采样电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及温度采集领域，具体涉及一种高精度温度采样电路，其主要包括提供基准电压的基准电压源电路，与所述基准电压源电路电连接的精密电流源电路；与热电阻RT电连接的采样电路；与所述采样电路电连接的模数转换电路，与所述模数转换电路通过SPI接口电连接的MCU。本实用新型通过基准电压源电路得到基准电压，通过精密电流源电路得到激励电流，通过采样电路得到采样电压V1、V2，通过模数转换电路得到数字信号Vo1，Vo2的值，最终通过MCU得到热电阻阻值，消除了热电阻传感器线电阻引起的测量误差。
Description
技术领域
本实用新型涉及温度采集领域，具体涉及一种高精度温度采样电路。
背景技术
热电阻是工业领域中广泛使用的一种温度传感器，它的主要特点是测量精度高，性能稳定，使用方便，所以常被用作气体或液体的温度及固体的表面温度的测量。例如在电机等设备中，需要在不同的位置预埋或者安装热电阻，采集各个热电阻的信号，进而计算出温度值。
目前电桥平衡法在热电阻的测量中应用广泛，但是它无法消除热电阻传感器线电阻引起的测量误差问题，特别是当热电阻传感器的引线越长，测量误差也会越显著；同时利用MCU模数转换模块来测量热电阻应用广泛，但是这类MCU模数转模块的分辨率普遍较低，导致测量精度不高。
中国专利号CN202123441987.5公开了一种温度采样电路，能够使温度采样电路的精度得到有效提高，同时实现温度采样电路结构的精简，但未能解决热电阻传感器线电阻引起的测量误差。
实用新型内容
为了解决热电阻传感器线电阻引起的测量误差的问题，本实用新型提供一种高精度温度采样电路。
为实现上述目的，本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种高精度温度采样电路，其主要包括提供基准电压的基准电压源电路，与所述基准电压源电路电连接的精密电流源电路；与热电阻RT电连接的采样电路；与所述采样电路电连接的模数转换电路，与所述模数转换电路通过SPI接口电连接的MCU。
进一步的，所述基准电压源电路包括可调精密稳压器Z1，其电压基准为1.24V；可调精密稳压器Z1第二脚经过电阻R9与电源+5V相连；电阻R12一端与可调精密稳压器Z1第二脚相连，另一端与可调精密稳压器Z1第一脚相连；电阻R14一端与可调精密稳压器Z1第一脚相连，另一端与电源地相连；电容C7一端与可调精密稳压器Z1第二脚相连，另一端与电源地相连。
进一步的，所述精密电流源电路包括运放U2；基准电压Vref经过电阻R10与运放U2.2的第三脚相连；电阻R8一端与运放U2.2的第三脚相连，另一端与运放U2.1的第七脚相连；电阻R13一端与运放U2.2的第一脚相连，另一端与运放的第二脚相连；电阻R15一端与运放U2.2的第二脚相连，另一端与电源地相连；电阻R11一端与运放的第一脚相连，另一脚与运放U2.1的第五脚相连；运放U2.1的第六脚与运放U2.1的第七脚相连。
进一步的，所述采样电路中的三线制热电阻包括热电阻RT，阻值为r的引线A，阻值为r的引线B，阻值为r的引线C；三线制热电阻引线A经过电阻R1与电流源Iref相连；三线制热电阻引线A与电阻R3的一端相连；三线制热电阻引线B与电阻R5的一端相连；三线制热电阻引线C与电源地相连。
进一步的，所述模数转换电路包括CS1238模数转换芯片U1；三线制热电阻引线A经过电阻R3与模数转换芯片U1的第六脚和第八脚相连；三线制热电阻引线B经过电阻R5与模数转换芯片U1的第七脚相连；电容C2一端与模数转换芯片U1的第六脚和第八脚相连，另一端与电源地相连；电容C3一端与模数转换芯片U1的第六脚和第八脚相连，另一端与模数转换芯片U1的第七脚相连；电容C6一端与模数转换芯片U1的第七脚相连，另一端与电源地相连；电阻R7一端与模数转换芯片U1的第九脚相连，另一端与电源地相连；电容C1一端与模数转换芯片U1的第二、三脚相连，另一端与电源地相连；电容C4一端与模数转换芯片U1的第一脚和电源+5V相连，另一端与电源地相连；电容C5与电容C4并联。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果：
1、本实用新型通过基准电压源电路得到基准电压，通过精密电流源电路得到激励电流，通过采样电路得到采样电压V1、V2，通过模数转换电路得到数字信号Vo1，Vo2的值，最终通过MCU得到热电阻阻值，消除了热电阻传感器线电阻引起的测量误差。
2、选用CS1238模数转换芯片，测量精度高；MCU通过SPI接口直接读取数据，外围电路简洁。
附图说明
图1为本实用新型的基准电压源电路图和精密电流源电路图；
图2为本实用新型的采样电路图和模数转换电路图；
图中：基准电压源电路1；精密电流源电路2；采样电路3；模数转换电路4；MCU5。
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做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。
本实施例提供一种高精度温度采样电路，包括提供基准电压的基准电压源电路1，与所述基准电压源电路1电连接提供热电阻温度检测所需激励电流Iref的精密电流源电路2；与热电阻RT电连接获取接入三线制热电阻的采样电压V1、V2的采样电路3；与所述采样电路3电连接将采样电压V1、V2转化为数字信号的模数转换电路4，与所述模数转换电路4通过SPI接口电连接用于读取数字信号Vo1和Vo2并计算热电阻RT阻值的MCU5。
如图1所示，是本实用新型的基准电压源电路图和精密电流源电路图。所述基准电压源电路1包括可调精密稳压器Z1，其电压基准为1.24V；可调精密稳压器Z1第二脚经过电阻R9与电源+5V相连；电阻R12一端与可调精密稳压器Z1第二脚相连，另一端与可调精密稳压器Z1第一脚相连；电阻R14一端与可调精密稳压器Z1第一脚相连，另一端与电源地相连；电容C7一端与可调精密稳压器Z1第二脚相连，另一端与电源地相连。在所述基准电压源电路中：
Vref＝1.24*(1+R12/R14)；
所述精密电流源电路2包括运放U2；基准电压Vref经过电阻R10与运放U2.2的第三脚相连；电阻R8一端与运放U2.2的第三脚相连，另一端与运放U2.1的第七脚相连；电阻R13一端与运放U2.2的第一脚相连，另一端与运放的第二脚相连；电阻R15一端与运放U2.2的第二脚相连，另一端与电源地相连；电阻R11一端与运放的第一脚相连，另一脚与运放U2.1的第五脚相连；运放U2.1的第六脚与运放U2.1的第七脚相连。所述精密电流源电路中，电阻R8、R10、R13、R15的值一致，可得电流源：
Iref＝Vref/R11；
如图2所示，是本实用新型的采样电路图和模数转换电路图。所述采样电路3中的三线制热电阻包括热电阻RT，阻值为r的引线A，阻值为r的引线B，阻值为r的引线C；三线制热电阻引线A经过电阻R1与电流源Iref相连；三线制热电阻引线A与电阻R3的一端相连；三线制热电阻引线B与电阻R5的一端相连；三线制热电阻引线C与电源地相连。在所述采样电路中：
V1＝Iref*(r+RT+r)；
V2＝Iref*r；
所述模数转换电路4包括CS1238模数转换芯片U1；三线制热电阻引线A经过电阻R3与模数转换芯片U1的第六脚和第八脚相连；三线制热电阻引线B经过电阻R5与模数转换芯片U1的第七脚相连；电容C2一端与模数转换芯片U1的第六脚和第八脚相连，另一端与电源地相连；电容C3一端与模数转换芯片U1的第六脚和第八脚相连，另一端与模数转换芯片U1的第七脚相连；电容C6一端与模数转换芯片U1的第七脚相连，另一端与电源地相连；电阻R7一端与模数转换芯片U1的第九脚相连，另一端与电源地相连；电容C1一端与模数转换芯片U1的第二、三脚相连，另一端与电源地相连；电容C4一端与模数转换芯片U1的第一脚和电源+5V相连，另一端与电源地相连；电容C5与电容C4并联。通过CS1238模数转换芯片，测量精度高；MCU通过SPI接口直接读取数据，外围电路简洁。
模数转换芯片U1的第六脚和第七脚为第一差分电路通道输入端，MCU5通过通讯口读取第一差分电路数字信号Vo1的值。模数转换芯片U1的第八脚和第九脚为第二差分电路通道输入端，MCU5通过通讯口读取第二差分电路数字信号Vo2的值，其中：
Vo1＝V1-V2＝Iref*(r+RT)；
Vo2＝V1；
可得：RT＝(2*Vo1-Vo2)/Iref；
综上所述，本实用新型通过基准电压源电路1得到基准电压，通过精密电流源电路2得到激励电流，通过采样电路3得到采样电压V1、V2，通过模数转换电路4得到数字信号Vo1，Vo2的值，最终通过MCU5得到热电阻阻值，抵消了热电阻传感器线电阻r，消除了热电阻传感器线电阻r引起的测量误差。
上面结合附图对本实用新型的实施方式做了详细说明，但是本实用新型并不限于此，在所属技术领域的技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本实用新型宗旨的前提下还可以作出各种变化。
Claims (5)
1.一种高精度温度采样电路，其特征在于：包括提供基准电压的基准电压源电路(1)，与所述基准电压源电路(1)电连接的精密电流源电路(2)；含有热电阻RT的采样电路(3)；与所述采样电路(3)电连接的模数转换电路(4)，与所述模数转换电路(4)通过SPI接口电连接的MCU(5)。
2.根据权利要求1所述的一种高精度温度采样电路，其特征在于：所述基准电压源电路(1)包括可调精密稳压器Z1；可调精密稳压器Z1第二脚经过电阻R9与电源+5V相连；电阻R12一端与可调精密稳压器Z1第二脚相连，另一端与可调精密稳压器Z1第一脚相连；电阻R14一端与可调精密稳压器Z1第一脚相连，另一端与电源地相连；电容C7一端与可调精密稳压器Z1第二脚相连，另一端与电源地相连。
3.根据权利要求1所述的一种高精度温度采样电路，其特征在于：所述精密电流源电路(2)包括运放U2；基准电压Vref经过电阻R10与运放U2.2的第三脚相连；电阻R8一端与运放U2.2的第三脚相连，另一端与运放U2.1的第七脚相连；电阻R13一端与运放U2.2的第一脚相连，另一端与运放的第二脚相连；电阻R15一端与运放U2.2的第二脚相连，另一端与电源地相连；电阻R11一端与运放的第一脚相连，另一脚与运放U2.1的第五脚相连；运放U2.1的第六脚与运放U2.1的第七脚相连。
4.根据权利要求1所述的一种高精度温度采样电路，其特征在于：所述采样电路(3)中的三线制热电阻包括热电阻RT，阻值为r的引线A，阻值为r的引线B，阻值为r的引线C；三线制热电阻引线A经过电阻R1与电流源Iref相连；三线制热电阻引线A与电阻R3的一端相连；三线制热电阻引线B与电阻R5的一端相连；三线制热电阻引线C与电源地相连。
5.根据权利要求4所述的一种高精度温度采样电路，其特征在于：所述模数转换电路(4)包括CS1238模数转换芯片U1；三线制热电阻引线A经过电阻R3与模数转换芯片U1的第六脚和第八脚相连；三线制热电阻引线B经过电阻R5与模数转换芯片U1的第七脚相连；电容C2一端与模数转换芯片U1的第六脚和第八脚相连，另一端与电源地相连；电容C3一端与模数转换芯片U1的第六脚和第八脚相连，另一端与模数转换芯片U1的第七脚相连；电容C6一端与模数转换芯片U1的第七脚相连，另一端与电源地相连；电阻R7一端与模数转换芯片U1的第九脚相连，另一端与电源地相连；电容C1一端与模数转换芯片U1的第二、三脚相连，另一端与电源地相连；电容C4一端与模数转换芯片U1的第一脚和电源+5V相连，另一端与电源地相连；电容C5与电容C4并联。
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