CN220853923U - 一种恒流激励的三线制铂电阻测温电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及测温电路技术领域，尤其涉及一种恒流激励的三线制铂电阻测温电路，包括第一恒流源电路、第二恒流源电路、精度转换电路和铂电阻，第一恒流源电路和第二恒流源电路的输出端分别与铂电阻的两端连接，铂电阻的两端还与精度转换电路连接。本实用新型解决现有测温电路易受到电路中电流波动的干扰，导致测量精度低，以及易受器件温漂特性影响的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及测温电路技术领域，尤其涉及一种恒流激励的三线制铂电阻测温电路。
背景技术
采用铂电阻测温是有效的高精度温度测量，但具有以下难点：引线电阻、自热效应、元器件漂移和铂电阻传感器精度。
但现有测温电路易受到电路中电流波动的干扰，导致测量精度低，以及易受器件温漂特性影响的问题；引线电阻引入会造成一定的测量误差，稳定性有待提升；另外，现有的铂电阻测温系统常采用MCU内部的ADC进行测量，存在测量精度不足的问题。
实用新型内容
为克服现有技术中存在的问题，本实用新型采用的技术方案如下：一种恒流激励的三线制铂电阻测温电路，包括：第一恒流源电路、第二恒流源电路、精度转换电路和铂电阻，第一恒流源电路和第二恒流源电路的输出端分别与铂电阻的两端连接，铂电阻的两端还与精度转换电路连接；通过恒流源电路，使铂电阻的初始电流恒定，不受电流波动的干扰，使铂电阻的测量精度提高。
进一步的，第一恒流源电路包括：电压基准电路U3、运放U1、电容C16至C18、电阻R18至R23、三极管Q1和二极管D1，C16和C17并联后两端与U3的第2和第3引脚连接，U3的第2与R18连接后接直流电压，U3的第2引脚还与R19的一端连接，R19的另一端与U1的第5引脚、C18和R23的一端连接，U1的第6引脚分别与R20和R21的一端连接，U1的第7引脚与Q1的基极连接，Q1的发射极分别与R21的另一端和R22的一端连接，Q1的集电极接5V，R22的另一端分别与R23的另一端和D1的正极连接。
进一步的，第二恒流源电路包括：电压基准电路U6、运放U1、电容C19至C21、电阻R24、R27、R29、R33至R35、三极管Q3和二极管D3，C20和C21并联后两端与U6的第2、3引脚连接，U6的第2引脚与R35连接后接直流电压，U6的第2引脚还与R34的一端连接，R34的另一端与U1的第3引脚、C19和R24的一端连接，U1的第2引脚分别与R33和R29的一端连接，U1的第1引脚与Q3的基极连接，Q3的发射极分别与R29的另一端和R27的一端连接，R27的另一端分别与R24的另一端和D3的正极连接。
进一步的，精度转换电路包括：连接器CN1、电阻R1-R7、电容C3-C7、C11-C14和AD转换电路U2，R3的两端分别与R4和R5的一端连接，R4和R5的另一端并联C6，R5的另一端还与C11的一端连接，R4的另一端还分别与C7的一端和U2的第1引脚连接，R1的一端分别与C5的一端、C3的一端和U2的第3引脚连接，R2的一端分别与C4的一端、C3的另一端和U2的第4引脚连接，R1-R3的另一端接CN1的第2、1、3引脚，CN1的第2、1引脚还与D1、D3的负极连接；C12-C14并联的共上端与U2的第7引脚连接，U2的第5和第6引脚分别与R7和R6的一端连接。
进一步的，电压基准电路U6和电压基准电路U3采用型号为CJ431-C3113。
进一步的，运放U1采用型号为TLC2272AID。
进一步的，AD转换电路U2采用型号为CS1237-SO。
本实用新型的有益效果：
1、通过双路恒流源的电路设计，使电路的电流恒定，不受电流波动的干扰，解决传统测温系统测量精度低、易受器件温漂特性影响的问题；
2、三线制接法消除了引线电阻引入的测量误差，并用恒流源对初始信号进行调理补偿，提高了信号的稳定性；
3、运放的输出端接三极管基极，使恒流源电路具有隔断运放和后级电路的作用，增加输出驱动能力；
4、相比于采用MCU内部的ADC进行测量，采用CS1237转换芯片可得到24位转换精度；
5、采样电阻选择低温漂高精度的精密电阻，即可实现高精度测温。
附图说明
图1为第一恒流源电路电路图；
图2为第二恒流源电路电路图；
图3为精度转换电路电路图。
具体实施方式
现在结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。
如图1所示，一种恒流激励的三线制铂电阻测温电路，包括：第一恒流源电路、第二恒流源电路、精度转换电路和铂电阻，第一恒流源电路和第二恒流源电路的输出端分别与铂电阻的两端连接，铂电阻的两端还与精度转换电路连接。
第一恒流源电路包括：电压基准电路U3、运放U1、电容C16-C18、电阻R18-R23、三极管Q1和二极管D1，C16和C17并联后两端与U3的第2、3引脚连接，U3的第1引脚和第2引脚连接，并与R18连接后接3.3V电压，U3的第2引脚还与R19的一端连接，R19的另一端与U1的第5引脚、C18和R23的一端连接，U1的第6引脚分别与R20和R21的一端连接，U1的第7引脚与Q1的基极连接，Q1的发射极分别与R21的另一端和R22的一端连接，Q1的集电极接5V，R22的另一端分别与R23的另一端和D1的正极连接；D1的负极为电流输出端IOUT1；U3的第3引脚、C18和R20的另一端接地。
如图2所示，第二恒流源电路包括：电压基准电路U6、运放U1、电容C19-C21、电阻R24、R27、R29、R33-R35、三极管Q3和二极管D3，C20和C21并联后两端与U6的第2、3引脚连接，U6的第1引脚和第2引脚连接，并与R35连接后接3.3V电压，U6的第2引脚还与R34的一端连接，R34的另一端与U1的第3引脚、C19和R24的一端连接，U1的第2引脚分别与R33和R29的一端连接，U1的第1引脚与Q3的基极连接，Q3的发射极分别与R29的另一端和R27的一端连接，R27的另一端分别与R24的另一端和D3的正极连接；D3的负极为电流输出端IOUT2；U6的第3引脚、C19和R33的另一端接地。
如图3，精度转换电路包括：连接器CN1、电阻R1-R7、电容C3-C7、C11-C14和AD转换电路U2，R3的两端分别与R4和R5的一端连接，R4和R5的另一端并联C6，R5的另一端还与C11的一端连接，R4的另一端还分别与C7的一端和U2的第1引脚连接，R1的一端分别与C5的一端、C3的一端和U2的第3引脚连接，R2的一端分别与C4的一端、C3的另一端和U2的第4引脚连接，R1-R3的另一端接CN1的第2、1、3引脚，CN1的第2、1引脚还与D1、D3的负极连接，铂电阻为三线制，铂电阻的1-3引脚分别与CN1的1-3引脚连接；C12-C14并联的共上端与U2的第7引脚连接，U2的第5和第6引脚分别与R7和R6的一端连接；R7的另一端为sclk引脚，R6的另一端为Dout引脚，用于连接控制器，例如MCU控制器或单片机，用于读取铂电阻的数值。
工作原理：
电压基准电路U3、U6采用CJ431_C3113芯片，使得运放U1同相端连接输入电阻的输入电压恒为：Vref＝2.5V，U1包括U1.1和U1.2，芯片型号为1TLC2272。
当例如PT100铂电阻进行温度采集后，流过采样电阻R22和R27的电流I随之变化，当I增大，采样电阻R22和R27的电压增大，从而V-增加，所以V+-V-减小，运放U1的输出电压减小，导致流过三极管Q1和Q3的电流减小；当I减小，采样电阻R22和R27的电压减小，从而V-减小，所以V+-V-增大，运放U1的输出电压增大，导致流过三极管Q1和Q3的电流增大。
运放U1的反向输入端引入负反馈，所以Q3和Q1工作在线性区，Q1和Q3采用SS8050_C2150三极管，Q1和Q3工作在饱和截止状态。
根据理想运放的特点和虚短、虚断的概念可知：V+＝V-＝Vref；因此流过采样电阻R22和R27的电流：I＝2.5V/4.99kΩ＝0.5mA，恒流源的IOUT1和IOUT2的电流值恒定为0.5mA；通过负反馈使第一、第二恒流源电路的输出为恒流。
如果想要改变输出的电流值，只需要改变V+或采样电阻R27、R22的阻值。
恒流源IOUT1和IOUT2流经铂电阻传感器时产生压降，作为AD转换电路U2通道负输入和正输入，U2采用型号为CS1237-SO，通过采集PT100的电压，计算出PT100的电阻，根据PT100分度表，就可以计算出测量温度；CS1237-SO转换芯片具有24位转换精度，从而得到精度更高的测量温度。
以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (7)
1.一种恒流激励的三线制铂电阻测温电路，其特征在于：包括第一恒流源电路、第二恒流源电路、精度转换电路和铂电阻，第一恒流源电路和第二恒流源电路的输出端分别与铂电阻的两端连接，铂电阻的两端还与精度转换电路连接。
2.如权利要求1所述的恒流激励的三线制铂电阻测温电路，其特征在于：第一恒流源电路包括：电压基准电路U3、运放U1、电容C16至C18、电阻R18至电阻R23、三极管Q1和二极管D1，电容C16和电容C17并联后两端与电压基准电路U3的第2和第3引脚连接，电压基准电路U3的第2与电阻R18连接后接直流电压，电压基准电路U3的第2引脚还与电阻R19的一端连接，电阻R19的另一端与运放U1的第5引脚、电容C18和电阻R23的一端连接，运放U1的第6引脚分别与电阻R20和电阻R21的一端连接，运放U1的第7引脚与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极分别与电阻R21的另一端和电阻R22的一端连接，电阻R22的另一端分别与电阻R23的另一端和二极管D1的正极连接。
3.如权利要求1所述的恒流激励的三线制铂电阻测温电路，其特征在于：第二恒流源电路包括：电压基准电路U6、运放U1、电容C19至电容C21、电阻R24、电阻R27、电阻R29、电阻R33至电阻R35、三极管Q3和二极管D3，电容C20和电容C21并联后两端与电压基准电路U6的第2、3引脚连接，电压基准电路U6的第2引脚与电阻R35连接后接直流电压，电压基准电路U6的第2引脚还与电阻R34的一端连接，电阻R34的另一端与运放U1的第3引脚、电容C19和电阻R24的一端连接，运放U1的第2引脚分别与电阻R33和电阻R29的一端连接，运放U1的第1引脚与三极管Q3的基极连接，三极管Q3的发射极分别与电阻R29的另一端和电阻R27的一端连接，电阻R27的另一端分别与电阻R24的另一端和二极管D3的正极连接。
4.如权利要求2或3任意一项所述的恒流激励的三线制铂电阻测温电路，其特征在于：精度转换电路包括：连接器CN1、电阻R1至电阻R7、电容C3至电容C7、电容C11至电容C14和AD转换电路U2，电阻R3的两端分别与电阻R4和电阻R5的一端连接，电阻R4和电阻R5的另一端并联电容C6，电阻R5的另一端还与电容C11的一端连接，电阻R4的另一端还分别与电容C7的一端和AD转换电路U2的第1引脚连接，电阻R1的一端分别与电容C5的一端、电容C3的一端和AD转换电路U2的第3引脚连接，电阻R2的一端分别与电容C4的一端、电容C3的另一端和AD转换电路U2的第4引脚连接，电阻R1、电阻R2、电阻R3的另一端接连接器CN1的第2、1、3引脚，连接器CN1的第2、1引脚还与二极管D1、二极管D3的负极连接；电容C12、电容C13、电容C14并联的共上端与AD转换电路U2的第7引脚连接，AD转换电路U2的第5和第6引脚分别与电阻R7和电阻R6的一端连接。
5.如权利要求4所述的恒流激励的三线制铂电阻测温电路，其特征在于：电压基准电路U6和电压基准电路U3采用型号为CJ431-C3113。
6.如权利要求4所述的恒流激励的三线制铂电阻测温电路，其特征在于：运放U1采用型号为TLC2272AID。
7.如权利要求4所述的恒流激励的三线制铂电阻测温电路，其特征在于：AD转换电路U2采用型号为CS1237-SO。
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