CN2804828Y - 一种大范围温度补偿装置 - Google Patents
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Abstract
一种大范围温度补偿装置，为了克服现有技术中温度补偿范围小的不足，本实用新型将负温度传感器的输出端连接电压放大电路，电压放大电路输出端连接电流放大电路，基准电压调节连接电流放大电路，稳压电源输出端连接电流放大电路和负载电阻，电流放大电路输出端连接应变式传感器，负载电阻输出连接应变式传感器，负温度传感器与应变式传感器集成在一起，本实用新型温度补偿动态范围宽、抑制灵敏度温漂特性好、而且温度补偿时不影响原传感器电路工作状态，简单、可靠，有广泛的应用前景。
Description
(一)技术领域：
本实用新型涉及微电子技术领域，尤其是一种温度补偿装置。
(二)背景技术：
在工程实践中，我们知道传感器在将物理量转变为电信号时温度的变化会影响测量的精度和准确度。就应变式传感器而言灵敏度温漂极大影响着测量的精度和准确度。当应变式传感器灵敏度高时，相应的温漂就大。为此，一般应变式传感器通常连接成全桥式电路。但是，在桥式传感器电路中，尽管4个压敏电阻的一致性可以做的很好，但还是做不到绝对一致，这就要求对应变式传感器灵敏度的温漂进行补偿，使灵敏度温漂降到最小。
为了解决这一问题，《传感器世界》杂志在1999年第三期公开了《用自平衡电桥法补偿压力传感器灵敏度温漂》一文，其中介绍了热敏电阻补偿法。方法是：采用负温度系数电阻Rt并连一个温度系数很小的电阻Ro，在恒压源供电时，此热敏电阻阻值随温度升高而减小，这样可以增加桥路的电压，以达到补偿灵敏度温漂的目的。此种方法有一定的补偿效果，但动态补偿范围太小。另外，《微钠电子技术》杂志在2003年第7/8期中公开了《压阻式硅基传感器的温度补偿方法研究》一文，其要点是：把压敏器件与温度误差电路集成在一起。利用硅三极管PN节特性对温度变化进行补偿，PN节的温度系数约为-2.5mv/c这个特性正好作为补偿元件。三极管集电极连接电源正端，三极管基极与电阻并连再连接压阻式硅基传感器的电源正端。当温度升高时：传感器电压降低，三极管集电极与基极的压差Ucb减小，传感器电压升高从而维持传感器电压不变。但是，此办法的补偿范围仍然较小。
(三)发明内容：
为了克服现有技术中温度补偿范围小的不足，本实用新型提供了一种大范围温度补偿装置。
本实用新型包括负温度传感器、电压放大电路、基准电压调节电路、电流放大电路、稳压电源、负载电阻和应变式传感器。其中：负温度传感器的输出端连接电压放大电路，电压放大电路输出端连接电流放大电路，基准电压调节连接电流放大电路，稳压电源输出端连接电流放大电路和负载电阻，电流放大电路输出端连接应变式传感器，负载电阻输出连接应变式传感器，负温度传感器与应变式传感器集成在一起，使之同步感应温度的变化。
本实用新型工作时，应变式传感器是纯电阻电路，属于正温度系数，其电阻值随温度上升电阻值增加。负温度传感器采用负温度系数热敏电阻，阻值随温度升高而降低。当温度上升时，应变式传感器电阻值增加，其两端电压升高。此时，与应变式传感器集成在一起的负温度传感器电阻值减小，电压放大电路输入端电压升高，电压放大电路输出端电压降低。使得电流放大电路输出电流减小。变式传感器的电流是由电流放大电路输出电流IC和负载电流I负载两部分组成。由于负载电流I负载基本不变，电流放大电路输出电流减小，电流放大电路连接应变式传感器又使应变式传感器两端电压降低。这样当温度上升时，负温度传感器经电压放大、电流放大来补偿温度变化，维持应变式传感器两端电压不变。
使用普通的负温度传感器在电路中串连或并连进行温度补偿时，由于它要分流电路中的电流，会影响原工作状态。当选取负温度补偿阻值太小时动态补偿小，当选取负温度补偿阻值太大时起不到温度补偿作用。热敏电阻补偿实际工作时都有一定的工作范围。当超出这个温度范围后，温度补偿作用衰减的很厉害，也就起不到补偿作用。本实用新型采用电压放大电路，将负温度传感器补偿的通频带进行放大若干倍，首先调节电压放大电路在静态时工作线性区域、然后调节电流放大的动态工作线性区域。这样可以使电压放大倍数保证补偿的通频带扩大并工作在动态线性区域。使放大后的负温度传感器补偿动态工作范围扩大。
作为本实用新型的一个优选方案，所述的负温度传感器与所述的应变式传感器集成安装在一起。
作为本实用新型的另一个优选方案，所述的负温度传感器包括负温度热敏电阻R1和钽电解电容C1，负温度热敏电阻R1一端连接精密电阻R3和钽电解电容C1的阳极，另一端连接精密电阻R2、电容C2。钽电解电容C1的阴极接地。
作为本实用新型的第三个优选方案，所述电压放大电路输出端连接电流放大电路输入端、精密电位器。
作为本实用新型的第四个优选方案，所述负载电阻由精密电阻一端连接稳压电源正端，另一端连接NPN三极管T1发射极、应变式传感器电源的正端。
本实用新型提供了一种大范围温度补偿装置，温度补偿动态范围宽、抑制灵敏度温漂特性好、而且温度补偿时不影响原传感器电路工作状态，简单、可靠，有广泛的应用前景。
(四)附图说明：
附图1是本实用新型的原理方框图。
附图2是本实用新型优选实施例的电路图。
(五)具体实施方式：
图2所示的温度补偿电路，负温度传感器由型号为FM51-103NTC的负温度热敏电阻R1、钽电解电容C1组成。负温度热敏电阻R1一端连接精密电阻R3、钽电解电容C1的阳极，钽电解电容C1的阴极接地。负温度热敏电阻R1另一端连接精密电阻R2、电容C2。
电压放大电路由型号为MC1741C运算放大器集成电路U1、精密电阻R2、精密电阻R4、电容C2组成。精密电阻R2一端连接负温度热敏电阻R1、电容C2。电容C2另一端接地。精密电阻R2另一端连接集成电路U1的第2脚、精密电阻R4。集成电路U1的第3脚接地。精密电阻R4另一端连接集成电路U1的第6脚。
基准电压调节由型号为WXJ5精密电位器W1、精密电阻R3组成。精密电位器W1一端连接稳压电源输出的正端、精密电阻R3。精密电阻R3的另一端连接负温度热敏电阻R1、钽电解电容C1的阳极。精密电位器W1另一端连接集成电路U1的第6脚、精密电阻R4、电容C3、三极管T1基极。
电流放大电路由NPN三极管T1、电容C3组成。NPN三极管T1的基极连接集成电路U1的第6脚、精密电阻R4、电容C3、精密电位器W1。电容C3另一端接地。NPN三极管T1集电极连接稳压电源输出的正端。NPN三极管T1发射极连接精密电阻R5、应变式传感器电源正端。
稳压电源由型号是LW3J2D2精密稳压电源组成。输出电压15V-20V可调，输出电流3A。稳压电源正端输出连接精密电位器W1、NPN三极管T1集电极、精密电阻R3、精密电阻R5。稳压电源负端接地。
负载电阻由精密电阻R5组成。精密电阻R5一端连接稳压电源正端，精密电阻R5另一端连接NPN三极管T1发射极、应变式传感器电源正端。
应变式传感器由型号为XT9301的应变天平G1组成。应变式传感器电源正端连接精密电阻R5、NPN三极管T1发射极。应变式传感器电源负端接地。Vo1连接电压输出1，Vo2连接电压输出2。
本实用新型工作过程是：接通电源，测量应变式传感器两端电压。调节基准电压精密电位器W1三极管T1的基极与发射极的压差Vbe，使三极管T1的静态工作点调节在线性区域。当有一个温度变化Δt时，电压放大电路动态输出端为(-Δt*电压放大倍数)。电流放大电路动态输出端为(-Δt*电压放大倍数*电流放大倍数)＝集电极电流IC(动态)。流过应变式传感器的电流I＝集电极电流IC (动态)+负载电流I负载(静态)来决定。由于负载电流I负载基本不变，应变式传感器两端电压由集电极电流IC(动态)来决定。
应变传感器两端电压＝{集电极电流IC(动态)+负载电流I负载(静态)}*R应 变传感器。这样负温度传感器补偿器件经电压放大电路、电流放大电路使负温度传感器的通频带放大若干倍达到了大范围动态温度补偿的目的。采用钽电解电容进行滤波可以使负温度系数电阻直流电压在静态时稳定。将负温度传感器与应变式传感器集成在一起可以保证当外界温度变化温差一致。
Claims (5)
1、一种大范围温度补偿装置，包括负温度传感器、电压放大电路、基准电压调节电路、电流放大电路、稳压电源、负载电阻和应变式传感器，其特征在于：负温度传感器的输出端连接电压放大电路，电压放大电路输出端连接电流放大电路，基准电压调节连接电流放大电路，稳压电源输出端连接电流放大电路和负载电阻，电流放大电路输出端连接应变式传感器，负载电阻输出连接应变式传感器，负温度传感器与应变式传感器集成在一起。
2、根据权利要求1的大范围温度补偿装置，其特征在于：所述的负温度传感器与所述的应变式传感器集成安装在一起。
3、根据权利要求1的大范围温度补偿装置，其特征在于：所述的负温度传感器包括负温度热敏电阻R1和钽电解电容C1，负温度热敏电阻R1一端连接精密电阻R3和钽电解电容C1的阳极，另一端连接精密电阻R2、电容C2，钽电解电容C1的阴极接地。
4、根据权利要求1的大范围温度补偿装置，其特征在于：所述电压放大电路输出端连接电流放大电路输入端、精密电位器。
5、根据权利要求1的大范围温度补偿装置，其特征在于：所述负载电阻由精密电阻一端连接稳压电源正端，另一端连接NPN三极管T1发射极、应变式传感器电源的正端。
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