CN86209326U

CN86209326U - 具有a/d非线性校正的数字温度计

Info

Publication number: CN86209326U
Application number: CN 86209326
Authority: CN
Inventors: 胡嘉彬
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-11-21
Filing date: 1986-11-21
Publication date: 1987-12-12

Abstract

本实用新型提供了一种用集成电路A/D转换器来进行数字化和非线性校正的数字温度计，适合于有限温区内以热电偶、PN结式金属电阻为感温元件来测量温度。把测温信号电压送往A/D转换器信号输入的同时，还把它和一个固定电压以适当的极性和比例相合成作为A/D转换的参考电压，在进行A/D转换的同时校正了非线性。

Description

本实用新型属于温度测量技术改进。

一般的数字温度计、温度传感器的非线性直接造成测量误差，因此对于精度要求高的温度计需要设置专门的电路来校正这种非线性。通常的作法是用电阻、二极管和运算放大器来组成一种与温度传感器的非线性相互补差的非线性网络，用它来对测量信号进行非线性校正。但是这种网络的传递特性是折线形的，需要设置多个折点，才能达到一定的校正精度，因此，这种电路结构复杂，元器件用量多，占用空间大，调整也难度大。虽然理论上这种电路可以通过设置足够数量的折点来达到任意的校正精度，但是实际上要受到电路复杂程度的限制。同时，还因为大量使用易于产生温漂的半导体器件和其它元件，因而实际上所达到的精度并不高。其它校正电路还有：切换参考电压分段校正电路，数字校正电路，对于金属电阻温度计还有反蚀校正电路等，由于这些电路都比较复杂，成本高，因此应用较少。

本实用新型的要点在于提供一种非线性校正电路，它具有电路简单，精度高，调整简便和适用性较广等特点，适合于在有限温区内使用有二次函数特性的传感器来高精度地测量温度。

本实用新型的数字温度计是以如下方式完成的：参照原理图1，被测温度信号〔t〕经过温度传感器〔1〕和传感转换电路〔2〕变为信号电压〔u_S〕以后，一路送A／D转换电路〔4〕作为其信号输入电压〔V_1N〕，另一路与一个固定参考电压〔E_O〕在合成参考电路〔3〕中合成，为A／D转换电路〔4〕提供合成参考电压〔V_REF〕，A／D转换的结果最后在D.D数字显示电路〔5〕中显示出来。适当地选择信号电压〔u_S〕和固定电压〔E_O〕在合成中的极性和比例，就能在A／D转换的同时达到非线性校正的目的。

在各自特定的温区内，各种热电偶，PN结及金属热电阻感温元件的转换特性都接近于一个二次函数，因此都适用于本实用新型。下面将对这三种情况详细地分别进行描述：

图2，是本实用新型对于热电偶数字温度计的实施方案。参照图2，感温热电势〔u（t）〕经由运算放大器〔AM〕，电阻〔R1〕和电阻〔R2〕组成的反馈放大器放大信号电压〔u_S〕，这个电压一方面通往A／D转换器〔A／D〕的信号输入高电位端〔V_1NH〕，另一方面又通过电位器〔W1〕和电阻〔R3〕为电位器〔W2〕提供部分信号电压。固定电压〔E_O〕通过电阻〔R4〕为电位器〔W2〕提供部分固定电压。从电位器〔W2〕的中心滑臂向A／D转换器〔A／D〕输出合成参考电压〔uR〕。由电位器〔W1〕，〔W2〕和电阻〔R3〕，〔R4〕所组成的T型电路就是本实用新型所属的合成参考电路，其中电位器〔W1〕用来控制非线性校正量；电位器〔W2〕用来进行满度值校准。

作为一个例子，0～100℃铜－康铜热电偶数字温度计的最佳实施方案如下：铜－康铜热电偶的分度号为CK。固定电压〔E_O〕可选为5伏。运算放大器〔AM〕可选用ICL7605载波稳零集成运算放大器。A／D转换器〔A／D〕可选用ICL7107双积分模数转换器。电阻〔R1〕可选为1KΩ，电阻〔R2〕和电阻〔R4〕可选为33KΩ，电位器〔W1〕选为1.1KΩ，电阻〔R3〕可选为6.8KΩ，电位器〔W2〕可选为1.1KΩ。当电位器〔W1〕调整至558Ω时，该温度计的残留非线性误差不大于0.1℃。

图3，是本实用新型对于PN结数字温度计的实施方案。参照图3，电位器〔W1〕、电阻〔R1〕、温度传感器〔PN〕，电阻〔R2〕和电阻〔R3〕组成了测温电桥，〔W1〕是其调平衡电位器。电桥的输出信号电压〔u_S〕一方面送到A／D转换器〔A／D〕的信号输入端〔V_1NH〕和〔V_1NL〕，另一方面经由运算放大器〔AM〕、电阻〔R4〕和电位器〔W2〕组成的反相放大器使信号电压〔u_S〕倒相并和固定电压〔E_O〕的一部分相加，然后通过电阻〔R5〕和电位器〔W3〕的中心滑臂对A／D转换器〔A／D〕输出合成参考电压〔uR〕。由电阻〔R2〕、电阻〔R3〕、电阻〔R4〕，运算放大器〔AM〕，电位器〔W2〕，电阻〔R5〕及电位器〔W3〕组成的这个电路就是本实用新型所属的合成参考电路，其中电位器〔W2〕用来控制非线性校正量，电位器〔W3〕用来进行满度值校准。

作为一个例子，0～100℃PN结数字温度计的最佳实施方案如下：固定电压〔E_O〕可选为2.5伏。运算放大器〔AM〕可选用LM358集成运算放大器。A／D转换器〔A／D〕可选用ICL7106双积分模数转换器。电阻〔R1〕一般为11～15KΩ，电位器〔W1〕可选为2KΩ。电阻〔R2〕可选为2KΩ，电阻〔R3〕为4KΩ，电阻〔R4〕可选为20KΩ，电位器〔W2〕可选为2KΩ，电阻〔R5〕可选为4KΩ，电位器〔W3〕可选为2KΩ。当电位器〔W2〕调整至1.58KΩ时，理论上该温度计的残留非线性误差不大于0.005℃。

图4是本实用新型对于金属电阻数字温度计的实施方案。参照图4，电位器〔W1〕，电阻〔R1〕，金属热电阻〔Rt〕，电阻〔R2〕和电阻〔R3〕组成测温电桥，〔W1〕是其调平衡电位器。电桥的输出信号电压〔u_S〕一方面送往A／D转换器〔A／D〕的信号输入端〔V_1NH〕和〔V_1NL〕，另一方面经由运算放大器〔AM〕，电阻〔R4〕和电位器〔W2〕组成的反相放大器使信号电压〔u_S〕倒相并和固定电压〔E_O〕的一部分相减，然后通过电阻〔R5〕和电位器〔W3〕的中心滑臂对A／D转换器〔A／D〕输出合成参考电压〔uR〕。由电阻〔R2〕，电阻〔R3〕，电阻〔R4〕，运算放大器〔AM〕，电位器〔W2〕，电阻〔R5〕及电位器〔W3〕所组成的这个电路就是本实用新型所属的合成参考电路，其中电位器〔W2〕用来控制非线性校正量；电位器〔W3〕用来进行满度值校准。

作为一个例子，0～100℃金属电阻数字温度计的最佳实施方案如下：铂热电阻〔Rt〕分度号为BA2，其℃电阻值为100Ω。固定电压〔E_O〕可选为6.95伏。运算放大器〔AM〕可选用LM358集成运算放大器。A／D转换器〔A／D〕可选用ICL7107双积分模数转换器。电阻〔R1〕为2.5KΩ，电阻〔R2〕可选为26KΩ，电阻〔R3〕为1KΩ，电位器〔W1〕可选为200Ω，电阻〔R4〕可选为20KΩ，电位器〔W2〕可选为500Ω，电阻〔R5〕可选为1.6KΩ，电位器〔W3〕可选为1.1KΩ。当电位器〔W2〕调整至434.4Ω时，理论上该温度计的残留非线性误差不大于0.003℃。

Claims

1、一种数字温度计，是由电阻、二极管、运算放大器组成的校正电路，其特征在于被测温度信号[t]经温度传感器[1]和传感转换电路[2]变为信号电压[Us]后，一路送往A/D转换电路[4]作为信号输入电压[VIN]，另一路与一个固定参考电压[E_o]在合成参考电路[3]中合成，为A/D转换电路[4]提供合成参考电压[VREF]，A/D转换的结果在D.D数字显示电路[5]中显示。

2、根据权利要求1中所述的温度计，其特征在于温度传感器〔1〕可由热电偶或金属电阻温度传感器或采用PN结式。

3、根据权利要求1.2中所述的温度计，其特征在于温度传感器〔1〕是热电偶式温度传感器时其合成参考电路是由电位器〔W1〕、〔W2〕和电阻〔R3〕、〔R4〕组成T型电路。

4、根据权利要求1.2中所述的温度计，其特征在于温度传感器〔1〕是由金属温度传感器时其合成参考电路是由电阻〔R2〕、〔R3〕、〔R4〕，运算放大器〔AM〕，电位器〔W2〕，电阻〔R5〕及电位器〔W3〕组成。

5、根据权利要求1.2中所述的温度计，其特征在于温度传感器〔1〕是PN结式温度传感器时其合成参考电路是由电阻〔R2〕、〔R3〕、〔R4〕，运算放大器〔AM〕，电位器〔W2〕，电阻〔R5〕及电位器〔W3〕组成。