專利名稱：一種熱電阻測溫裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種熱電阻測溫裝置，用于測量各種環(huán)境下，尤其是工業(yè)環(huán)境下的現(xiàn)場溫度。
背景技術(shù)：
熱電阻是把溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值變化的一次元件，通常需要把電阻兩端產(chǎn)生的電信號通過引線傳遞到計算機(jī)控制裝置或者其它一次儀表上，但是由于工業(yè)用熱電阻都安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場，其與控制室之間存在一定的距離，因此熱電阻的引線對測量結(jié)果會有較大的影響。測溫裝置通常使用PtlOO鉬熱電阻作為測溫 電阻，它具有精度高、測溫范圍寬、使用方便等優(yōu)點，在工業(yè)過程控制和測量系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。利用熱電阻測溫時，熱電阻接入電路的方式有三種，其中，2線制的電流回路和電壓測量回路合二為1，精度差；3線制的電流回路的參考位和電壓測量回路的參考位為一條線，如果合理設(shè)計測量電路，可以達(dá)到很高的精度；4線制的電流回路和電壓測量回路獨立分開，精度高，但費線。目前常用的熱電阻測溫裝置，每種接線方式都對應(yīng)不同的數(shù)據(jù)處理電路，導(dǎo)致裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用不便。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、操作容易且測量精度高的熱電阻測溫裝置，可以根據(jù)實際應(yīng)用情況，選擇以上任一種方式接線，實現(xiàn)現(xiàn)場溫度測量。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采取的技術(shù)方案是一種熱電阻測溫裝置，其關(guān)鍵在于包括熱電阻，電源電路、恒流源電路和由電壓放大電路、模擬濾波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路組成的數(shù)據(jù)處理電路以及通信接口電路；所述電源電路的輸出端分別接其他電路模塊的相應(yīng)電源端，所述恒流源電路的輸出端接熱電阻的電流輸入端，熱電阻兩端輸出的電壓信號接在電壓放大電路的兩個輸入端，電壓放大電路的輸出端依次經(jīng)模擬濾波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路接單片機(jī)控制電路的輸入端，單片機(jī)控制電路與通信接口電路雙向連接。上述熱電阻為PtlOO鉬熱電阻。采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于本實用新型采用鉬熱電阻PtlOO用于現(xiàn)場溫度的測量，測溫范圍0-400°C。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、操作容易且測量精度高，具有如下特點(I)本實用新型采用相同的數(shù)據(jù)處理電路，不需要任何軟件和硬件的額外設(shè)置，可以根據(jù)實際應(yīng)用情況，實現(xiàn)2、3、4線制的鉬電阻測溫；其中，2線的接線方式用于對溫度測量要求較低的場合，3線和4線制都可以實現(xiàn)較高精度的測量；(2)本實用新型選用STC11F04E系列高速超強(qiáng)抗干擾低功耗單片機(jī)，自帶EEPROM ;并且采用標(biāo)準(zhǔn)MODBUS通信協(xié)議，可直接與上位計算機(jī)的工業(yè)組態(tài)軟件通信；(3)采用AD621集成儀表放大器，實現(xiàn)信號的精密放大和差分到單端的轉(zhuǎn)換，同時避免了多運放構(gòu)成的儀表放大器參數(shù)難以匹配的問題；(4)模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用12位的A/D轉(zhuǎn)換芯片ADS1286，最小可以分辨出0. 165°C的溫度變化，若實際應(yīng)用中對溫度的分辨率要求不高，可以采用與其引腳完全兼容的10位A/D轉(zhuǎn)換芯片實現(xiàn)TLC1549替換或8位A/D轉(zhuǎn)換芯片TLC549替換，而電路不需做任何改動。

圖I是本實用新型的原理方框圖；圖2是本實用新型的 電源電路的電路原理圖；圖3是本實用新型的恒流源電路的電路原理圖；圖4是本實用新型的數(shù)據(jù)處理及通信接口電路的電路原理圖；圖5是本實用新型的2線制測溫接線示意圖；圖6是本實用新型的3線制測溫接線示意圖；圖7是本實用新型的4線制測溫接線示意圖；圖中，I、電源電路，2、恒流源電路，3、數(shù)據(jù)處理電路，3-1、電壓放大電路，3-2、模擬濾波電路，3-3、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，3-4、單片機(jī)控制電路，4、通信接口電路；Ul、單片機(jī)，U2、基準(zhǔn)電壓源，U3、儀表放大器，U4、運算放大器，U5、模數(shù)轉(zhuǎn)換器，U6-U7、三端可調(diào)式恒流源，U8、第一穩(wěn)壓器，U9、第二穩(wěn)壓器，U10、電壓反轉(zhuǎn)器，U11-U13、第一至第三光電稱合器，U14、485通信接口芯片，U15、電源隔離模塊。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。如圖I所示為本實用新型的原理方框圖。本實用新型包括熱電阻Rt，電源電路I、恒流源電路2和由電壓放大電路3-1、模擬濾波電路3-2、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3-3、單片機(jī)控制電路3-4組成的數(shù)據(jù)處理電路3以及通信接口電路4 ;所述電源電路I的輸出端分別接其他電路模塊的相應(yīng)電源端，所述恒流源電路2的輸出端接熱電阻Rt的電流輸入端，熱電阻Rt兩端輸出的電壓信號接在電壓放大電路3-1的兩個輸入端，電壓放大電路3-1的輸出端依次經(jīng)模擬濾波電路3-2、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3-3接單片機(jī)控制電路3-4的輸入端，單片機(jī)控制電路3-4與通信接口電路4雙向連接。本實用新型采用鉬熱電阻PtlOO用于現(xiàn)場溫度的測量，測溫范圍0-400°C。如圖2所示為本實用新型的電源電路的電路原理圖。電源電路I由第一穩(wěn)壓器U8、電壓反轉(zhuǎn)器U10、第二穩(wěn)壓器U9、保護(hù)二極管D3、D4、發(fā)光二極管D8、磁珠LI、電容C9-C12和電阻R18組成；外接直流電源的正極+Vs經(jīng)保護(hù)二極管D3后為電壓+Vcc，電壓+Vcc分別接第一穩(wěn)壓器U8和第二穩(wěn)壓器U9的輸入端I腳，第二穩(wěn)壓器U9的2腳經(jīng)保護(hù)二極管D4接外接直流電源的負(fù)極；第一穩(wěn)壓器U8的輸出端3腳為+9V電壓，電容C9接在第一穩(wěn)壓器U8的輸出端3腳與地之間；電壓反轉(zhuǎn)器UlO的輸入端8腳接第一穩(wěn)壓器U8的輸出端3腳，電壓反轉(zhuǎn)器UlO的輸出端5腳為-9V電壓，電容C12接在電壓反轉(zhuǎn)器UlO的輸出端5腳與地之間，電容Cll接在電壓反轉(zhuǎn)器UlO的2腳與4腳之間；第二穩(wěn)壓器U9的輸出端3腳為+5V電壓，電容ClO接在第二穩(wěn)壓器U9的輸出端3腳與地之間，第二穩(wěn)壓器U9的輸出端3腳經(jīng)磁珠LI后輸出為模擬+5VA電壓，電阻R18與發(fā)光二極管D8串聯(lián)后接在模擬+5VA電壓與地之間。本實用新型采用12-24V的外接直流電源供電，保護(hù)二極管D3和D4的作用是為了防止電源接反而損壞芯片；第一穩(wěn)壓器U8采用MC7809首先得到+9V電壓，再利用電壓反轉(zhuǎn)器ICL7660將+9V電壓變換為-9V電壓，這樣得到±9V的對稱電源，該對稱電源為濾波電路中的集成運放和儀表放大器AD621供電；同時經(jīng)第二穩(wěn)壓器MC7805得到+5V電壓，為5V的數(shù)字電路供電，該+5V電壓再經(jīng)磁珠LI得到的電壓+5VA為模擬電路供電，使用磁珠LI實現(xiàn)模擬和數(shù)字電源的隔離。設(shè)計電路板時應(yīng)將模擬地和數(shù)字地在單點連接到一起。如圖3所示為本實用新型的恒流源電路的電路原 理圖。恒流源電路2為由兩個三端可調(diào)式恒流源U6、U7、電阻R1、R2、R5、R6和二極管D1、D2組成的具有溫度補(bǔ)償?shù)暮懔髟?，其輸出的恒定電流分別為+1、_1。三端可調(diào)集成恒流源U6、U7是由美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)LM334，產(chǎn)生200 u A的恒定電流。不同的接線方式以及兩個恒流源的使用情況如圖5-圖7所示。如圖5-圖7所示分別為本實用新型的2線制、3線制、以及4線制測溫接線示意圖。圖中，Rt表示PtlOO鉬熱電阻，弧線均為裝置端子間的短接導(dǎo)線，rl-r4均為導(dǎo)線電阻，由于各段長導(dǎo)線等長，所以有rl=r2=r3=r4=r。圖5的2線制測溫中，鉬熱電阻接在測溫裝置遠(yuǎn)端，由恒流源+I流出的200 U A電流經(jīng)+V端后，經(jīng)電阻為rl的長導(dǎo)線流入鉬熱電阻，從電阻為r2的長導(dǎo)線流出，最后流回模擬地AGND，+V和-V分別輸入儀表放大器U3的正反輸入端。由圖5的電路可知，實際輸入儀表放大器U3兩端的電壓U=I (rl+Rt+r2)，由于鉬熱電阻的阻值較小，因此導(dǎo)線電阻無法忽略，此方法由于導(dǎo)線電壓的存在會有較大誤差，除非導(dǎo)線足夠短使rl和r2非常小，但這也只能盡量減小誤差，不能從根本上消除導(dǎo)線電阻影響，而且在很多場合縮短導(dǎo)線長度是不現(xiàn)實的。圖6的3線制測溫中，使用了兩個恒流源+I和-I，這兩個電流源的電流方向均為流出。鉬熱電阻接在測溫裝置遠(yuǎn)端，由恒流源+I流出的200 PA電流過+V端后，經(jīng)電阻為rl的長導(dǎo)線流入鉬熱電阻，rl和Rt中的電流均為I (200 iiA);由恒流源-I流出的200U A電流過-V端后，經(jīng)電阻為r2的長導(dǎo)線在鉬熱電阻的下端和+I流出的電流匯合，根據(jù)基爾霍夫電流定律易知，流過導(dǎo)線電阻r3的電流為+I和-I之和，即400 u A0根據(jù)rl=r2=r3=r4=r,得如下等式+V = I* (rl+Rt) +2I*r3 = I* Rt+3I*r ；-V = I* r2+2I* r3 = 3I*r ；以上兩式相減，可得儀表放大器U3正反輸入端的電壓差為U= I* Rt，此即鉬熱電阻兩端的電壓，由單片機(jī)測出此電壓，因為I已知，即可得到當(dāng)前鉬熱電阻的阻值Rt，將Rt的值帶入公式Rt = R0*(l+A*t+B*t2)，即可得溫度t。上式中，RO為0 °C時鉬熱電阻的電阻值；RtSt 1時鉬熱電阻的電阻值。式中的常數(shù)A、B分別為A= 3.908 02X 10 3,B=-5. 801 95X10_7，對于不同型號或材料的熱電阻，這兩個參數(shù)的數(shù)值是不一樣的。圖7的4線制測溫中，只使用了一個恒流源+1，導(dǎo)線r3和r4直接接到儀表放大器U3的兩個輸入端，由于儀表放大器U3的輸入阻抗很大，因此導(dǎo)線r3和r4上電流為0，由圖7可知恒流源+I流出的電流I經(jīng)rl流入Rt，再經(jīng)r2流回模擬地，儀表放大器U3兩端的電壓為U=I*Rt，此即鉬熱電阻兩端電壓。由此可見3線制和4線制雖然接法不同，但實際輸入放大器的電壓關(guān)系式是一樣的，因此4線制的數(shù)據(jù)處理方法同上述3線制處理方法。如圖4所示為本實用新型的數(shù)據(jù)處理及通信接口電路的電路原理圖；其中，數(shù)據(jù)處理電路3由電壓放大電路3-1、模擬濾波電路3-2、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3-3和單片機(jī)控制電路3-4組成。圖4中，電壓放大電路3-1是由儀表放大器U3、電阻RIO、Rll和電容C5-C7組成的帶抑制射頻干擾的電壓放大電路；熱電阻Rt兩端產(chǎn)生的電壓+V、-V分別經(jīng)電阻R10、R11接儀表放大器U3的同向輸入端3腳、反向輸入端2腳，電容C6接在儀表放大器U3的同向輸入端3腳與地之間，電容C7接在儀表放大器U3的反向輸入端2腳與地之間，電容C5接在儀表放大器U3的同向輸入端3腳與反向輸入端2腳之間；儀表放大器U3的增益電阻端I腳與8腳并接，儀表放大器U3的電源端7腳 、4腳分別接+9V電壓、-9V電壓。本實用新型用來測量0_400°C的溫度，由PtlOO分度表可知在400攝氏度時其對應(yīng)阻值約250 Q，采用200 ii A的恒定電流流過Pt 100，可知熱電阻PtlOO兩端的電壓上限約是250 Q *200 u A=50mV,放大100倍可得到5V輸出。儀表放大器U3采用AD621儀表放大芯片，是一款易于使用、低成本、低功耗、高精度儀表放大器，適合眾多應(yīng)用領(lǐng)域。它融高性能、小尺寸和低功耗于一體，優(yōu)于分立式運放設(shè)計。利用內(nèi)部增益設(shè)置電阻，可實現(xiàn)高效能、低增益誤差和低增益漂移誤差。通過外部引腳搭接則可設(shè)置固定增益10和100，本實用新型采用AD621集成儀表放大器實現(xiàn)信號的精密放大和差分到單端的轉(zhuǎn)換，同時避免了多運放構(gòu)成的儀表放大器參數(shù)難以匹配的問題；將I和8腳短接，即可實現(xiàn)放大100倍；另外AD621供電電壓范圍寬，可在±2. 3V-±18V范圍內(nèi)實用，本實用新型采用圖示的正負(fù)9V雙電源供電。圖4中，模擬濾波電路3-2為由運算放大器U4、電阻R12、R13、電容C1、C2組成的2階有源巴特沃茲低通濾波器；儀表放大器U3的輸出端6腳依次經(jīng)電阻R12、R13接運算放大器U4的同向輸入端3腳，運算放大器U4的反向輸入端2腳接其輸出端6腳，運算放大器U4的輸出端6腳經(jīng)電容Cl接電阻R12與電阻R13的節(jié)點，運算放大器U4的電源端7腳、4腳分別接+9V電壓、-9V電壓，電容C2接在運算放大器U4的同向輸入端3腳與地之間。經(jīng)前端儀表放大器AD621放大后的信號需要送入濾波器進(jìn)行抗混疊濾波。本實用新型采用0P07構(gòu)成的有源低通濾波器進(jìn)行抗混疊濾波，同時抑制高頻噪聲。0P07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運算放大器集成電路，由于它具有非常低的輸入失調(diào)電壓，所以0P07在很多應(yīng)用場合不需要額外的調(diào)零措施。0P07同時具有輸入偏置電流低(0P07A為±2nA)和開環(huán)增益高(對于0P07A為300V/mV)的特點，這種低失調(diào)、高開環(huán)增益的特性使得0P07特別適用于高增益的測量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號等方面。巴特沃茲濾波器是一種幅度響應(yīng)極為平坦的濾波器，通帶和阻帶中均無紋波，可以保持精確的信號電平，很適于做數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換中的抗混疊濾波器。本實用新型使用2階有源巴特沃茲低通濾波器，它采用Sallen-Key拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),可提供巴特沃茲響應(yīng)，Sallen-Key拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也稱為電壓控制電壓源(VCVS)結(jié)構(gòu)，其設(shè)計簡單，電路元件少，在業(yè)界廣為使用。圖4中，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3-3由模數(shù)轉(zhuǎn)換器U5、基準(zhǔn)電壓源U2、電阻R3和電位器R4組成；運算放大器U4的輸出端6腳接模數(shù)轉(zhuǎn)換器U5的輸入端2腳，模數(shù)轉(zhuǎn)換器U5的電源端8腳接模擬+5VA電壓；模數(shù)轉(zhuǎn)換器U5的3腳與4腳并接后接地；基準(zhǔn)電壓源U2的3腳、4腳分別接電壓+Vcc、地，電阻R3接在電壓+Vcc與基準(zhǔn)電壓源U2的I腳之間，電位器R4接在基準(zhǔn)電壓源U2的I腳與地之間，基準(zhǔn)電壓源U2的2腳接地，電位器R4的動臂接模數(shù)轉(zhuǎn)換器U5的參考電壓端I腳。PtlOO鉬熱電阻在0_400°C范圍內(nèi)，溫度每變化1°C，其阻值變化平均約0. 37 Q，因此，流過200iiA的恒定電流會產(chǎn)生電壓0.074mV，放大100倍后的電壓為7. 4mV。本實用新型采用12位的A/D轉(zhuǎn)換芯片ADS1286，采用5V電壓基準(zhǔn)時，分辨率為5V/4096=1. 22mV，最小可以分辨出1.22/7.4=0. 165°C的溫度變化。若實際應(yīng)用中對溫度的分辨率要求不高，可以采用與其引腳完全兼容的10位A/D轉(zhuǎn)換芯片實現(xiàn)TLC1549替換或8位A/D轉(zhuǎn)換芯片TLC549替換，而電路不需做任何改動。要實現(xiàn)精確的測量，模數(shù)轉(zhuǎn)換器U5的參考電壓端必須選用高精度的基準(zhǔn)電壓源，本實用新型采用精密基準(zhǔn)電壓源芯片LM399得到5V的A/D轉(zhuǎn)換電壓基準(zhǔn)，由于LM399內(nèi)部采用了次表面隱埋技術(shù)做成的新型穩(wěn) 壓管，具有極低的電壓溫度系數(shù)，低至0.3X10_6/°C，只相當(dāng)于一般基準(zhǔn)電壓源的十分之一，也是其它基準(zhǔn)電壓源難以達(dá)到的。圖4中，單片機(jī)控制電路3-4由單片機(jī)U1、電源隔離模塊U15、晶振Y1、電容C3、C4、C8和電阻R17組成；電源隔離模塊U15的輸入端2腳接+5V電壓，電源隔離模塊U15的I腳、3腳、4腳分別為DGND、V485、GND485 ;晶振Yl接在單片機(jī)Ul的4、5腳之間，電容C3接在單片機(jī)Ul的4腳與DGND之間，電容C4接在單片機(jī)Ul的5腳與DGND之間，電阻R17接在單片機(jī)Ul的I腳與DGND之間，單片機(jī)Ul的I腳經(jīng)電容C8接+5V電壓；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器U5的5-7腳分別接單片機(jī)Ul的12-14腳。本實用新型采用高速超強(qiáng)抗干擾系列單片機(jī)STC11F04E作為裝置的控制核心，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸。其具有IKB的EEPR0M，可以實現(xiàn)模塊參數(shù)的記憶存儲功能，即模塊上電后可以讀出上次設(shè)置的參數(shù)，并按此參數(shù)工作；并且采用標(biāo)準(zhǔn)MODBUS通信協(xié)議，可直接與上位計算機(jī)的工業(yè)組態(tài)軟件通信。單片機(jī)程序包括了熱電阻電壓采集程序、數(shù)字濾波程序、數(shù)據(jù)處理程序、MODBUS通信程序、EEPROM讀寫控制程序，可以按照MODBUS協(xié)議與上位計算機(jī)監(jiān)控程序通過RS485接口進(jìn)行通信，并將處理后的溫度數(shù)據(jù)上傳，同時還可以通過上位機(jī)測試軟件實現(xiàn)對模塊通信參數(shù)的修改。本實用新型可以和LabVIEW、VB、VC或組態(tài)軟件編寫監(jiān)控程序通信并直接顯示溫度。圖4中，通信接口電路4由485通信接口芯片U14、第一至第三光電耦合器U11-U13、TVS 管 D5-D7、電阻 R7-R9、R14-R16、R19-R23 和接口 Jl 組成;單片機(jī) Ul 的 7 腳、3腳分別接第一光電稱合器U11、第三光電稱合器U13的輸入端2腳,第一光電稱合器U11、第三光電耦合器U13的輸入端I腳分別經(jīng)電阻R7、電阻R9接+5V電壓，第一至第三光電耦合器U11-U13的3腳分別接地,第一光電稱合器UlI、第三光電稱合器U13的輸出端4腳分別接485通信接口芯片U14的2腳、4腳，電阻R20接在第一光電耦合器Ull的輸出端4腳與V485之間，電阻R21接在第三光電耦合器U13的輸出端4腳與V485之間；所述485通信接口芯片U14的I腳接第二光電稱合器U12的輸入端2腳,第二光電稱合器U12的輸入端I腳經(jīng)電阻R8接V485，第二光電耦合器U12的輸出端4腳接單片機(jī)Ul的2腳，電阻R19接在第二光電耦合器U12的輸出端4腳與+5V電壓之間；485通信接口芯片U14的3腳與2腳并接，485通信接口芯片U14的8腳、5腳分別接+5V電壓、地，485通信接口芯片U14的6、7腳分別經(jīng)電阻R23、電阻R22后輸出為信號端DATA+、DATA-，信號端DATA+、DATA-分別經(jīng)TVS管D7、TVS管D5接GND485, TVS管D6接在信號端DATA+與DATA-之間；接口 Jl的I、2腳分別接信號端DATA+、DATA-；電阻R14接在485通信接口芯片U14的I腳與GND485之間，電阻R16接在485通信接口芯片U9的6腳與V485之間，電阻R15接在485通信接口芯片U14的6腳與7腳之間。本實用新型采用IW的DC-DC隔離電源模塊B0505S實現(xiàn)485芯片光隔離通信電路中光耦兩端電源的隔離，其輸入電壓5V，輸出電壓5V ;單片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)串行口 RXD和TXD分別通過光電耦合器TLP521-1連接到MAX485芯片的RO引腳和DI引腳。由單片機(jī)輸出的D/R信號控制MAX485芯片的發(fā)送/接收使能D/R信號為“1”，則MAX485芯片的發(fā)送器有效，接收器禁止，此時單片機(jī)可以向RS-485總線發(fā)送數(shù)據(jù)；D/R信號為“0”，則MAX485芯片的發(fā)送器禁止，接收器 有效，此時單片機(jī)可以接收來自RS-485總線的數(shù)據(jù)。此電路中，任一時刻MAX485芯片中的“接收器”和“發(fā)送器”只能夠有I個處于工作狀態(tài)。連接至A引腳的上拉電阻R16、連接至B引腳的下拉電阻R14用于保證無連接的MAX485芯片處于空閑狀態(tài)，提供網(wǎng)絡(luò)失效保護(hù)，這樣可使A端電位高于B端，RXD端呈現(xiàn)恒定的高電平，防止單片機(jī)接收混亂，以提高RS-485節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)的可靠性。R15為終端匹配電阻，根據(jù)實際需要選取。為了更加可靠地保護(hù)RS-485網(wǎng)絡(luò)，確保系統(tǒng)安全，增加一些保護(hù)電路。圖4中鉗位于6. 8V的TVS管D5-D7都是用來保護(hù)RS-485總線的，避免RS-485總線在受外界干擾時(如雷擊、浪涌等)產(chǎn)生的高壓損壞RS-485收發(fā)器；圖4中的電阻R22和R23可以使本機(jī)的硬件故障不會使整個總線的通信受到影響。本實用新型采用鉬熱電阻PtlOO用于現(xiàn)場溫度的測量，測溫范圍0-400°C。采用相同的數(shù)據(jù)處理電路，不需要任何軟件和硬件的額外設(shè)置，可以根據(jù)實際應(yīng)用情況，實現(xiàn)2、3、4線制的鉬電阻測溫。其中，2線的接線方式用于對溫度測量要求較低的場合，且外接的熱電阻與測溫電路距離不宜過長，否則誤差會過大，3線和4線制都可以實現(xiàn)較高精度的測量；本實用新型首次使用時默認(rèn)通信參數(shù)為波特率9600bps，地址號I ;可以使用自帶的軟件修改上述參數(shù)。
權(quán)利要求1.一種熱電阻測溫裝置，其特征在干包括熱電阻(Rt)，電源電路(I)、恒流源電路(2 )和由電壓放大電路(3-1)、模擬濾波電路(3-2 )、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(3-3 )、單片機(jī)控制電路(3-4)組成的數(shù)據(jù)處理電路(3)以及通信接ロ電路(4);所述電源電路(I)的輸出端分別接其他電路模塊的相應(yīng)電源端，所述恒流源電路(2)的輸出端接熱電阻(Rt)的電流輸入端，熱電阻(Rt)兩端輸出的電壓信號接在電壓放大電路(3-1)的兩個輸入端，電壓放大電路(3-1)的輸出端依次經(jīng)模擬濾波電路(3-2)、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(3-3)接單片機(jī)控制電路(3-4)的輸入端，單片機(jī)控制電路(3-4)與通信接ロ電路(4)雙向連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種熱電阻測溫裝置，其特征在于所述熱電阻(Rt)為PtlOO鉬熱電阻。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種熱電阻測溫裝置，其特征在于所述電源電路(I)由第一穩(wěn)壓器(U8)、電壓反轉(zhuǎn)器(U10)、第二穩(wěn)壓器(U9)、保護(hù)ニ極管03、04、發(fā)光ニ極管08、磁珠(LI)、電容C9-C12和電阻R18組成；外接直流電源的正極+Vs經(jīng)保護(hù)ニ極管D3后為電壓+Vcc，電壓+Vcc分別接第一穩(wěn)壓器(U8)和第二穩(wěn)壓器(U9)的輸入端I腳，第二穩(wěn)壓器(U9)的2腳經(jīng)保護(hù)ニ極管D4接外接直流電源的負(fù)極；第一穩(wěn)壓器(U8)的輸出端3腳為+9V電壓，電容C9接在第一穩(wěn)壓器(U8)的輸出端3腳與地之間；電壓反轉(zhuǎn)器(UlO)的輸入端8腳接第一穩(wěn)壓器(U8)的輸出端3腳，電壓反轉(zhuǎn)器(UlO)的輸出端5腳為-9V電壓，電容C12接在電壓反轉(zhuǎn)器(UlO)的輸出端5腳與地之間，電容Cll接在電壓反轉(zhuǎn)器(UlO)的2腳與4腳之間；第二穩(wěn)壓器(U9)的輸出端3腳為+5V電壓，電容ClO接在第二穩(wěn)壓器(U9)的輸出端3腳與地之間，第二穩(wěn)壓器(U9)的輸出端3腳經(jīng)磁珠(LI)后輸出為模擬+5VA電壓，電阻R18與發(fā)光二極管D8串聯(lián)后接在模擬+5VA電壓與地之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ー種熱電阻測溫裝置，其特征在于所述恒流源電路(2)為由兩個三端可調(diào)式恒流源(U6、U7)、電阻Rl、R2、R5、R6和ニ極管Dl、D2組成的具有溫度補(bǔ)償?shù)暮懔髟矗漭敵龅暮愣娏鞣謩e為+1、_1。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ー種熱電阻測溫裝置，其特征在于所述電壓放大電路(3-1)是由儀表放大器(U3 )、電阻RlO、Rl I和電容C5-C7組成的帶抑制射頻干擾的電壓放大電路；熱電阻(Rt)兩端產(chǎn)生的電壓+V、-V分別經(jīng)電阻R10、R11接儀表放大器(U3)的同向輸入端3腳、反向輸入端2腳，電容C6接在儀表放大器(U3)的同向輸入端3腳與地之間，電容C7接在儀表放大器(U3)的反向輸入端2腳與地之間，電容C5接在儀表放大器(U3)的同向輸入端3腳與反向輸入端2腳之間；儀表放大器(U3)的增益電阻端I腳與8腳并接，儀表放大器(U3)的電源端7腳、4腳分別接+9V電壓、-9V電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的ー種熱電阻測溫裝置，其特征在于所述模擬濾波電路(3-2)為由運算放大器(U4)、電阻R12、R13、電容Cl、C2組成的2階有源巴特沃茲低通濾波器；所述儀表放大器(U3)的輸出端6腳依次經(jīng)電阻R12、R13接運算放大器(U4)的同向輸入端3腳，運算放大器(U4)的反向輸入端2腳接其輸出端6腳，運算放大器(U4)的輸出端6腳經(jīng)電容Cl接電阻R12與電阻R13的節(jié)點，運算放大器(U4)的電源端7腳、4腳分別接+9V電壓、-9V電壓，電容C2接在運算放大器(U4)的同向輸入端3腳與地之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的ー種熱電阻測溫裝置，其特征在于所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(3-3)由模數(shù)轉(zhuǎn)換器(U5)、基準(zhǔn)電壓源(U2)、電阻R3和電位器(R4)組成；所述運算放大器(U4)的輸出端6腳接模數(shù)轉(zhuǎn)換器(U5)的輸入端2腳，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(U5)的電源端8腳接模擬+5VA電壓；模數(shù)轉(zhuǎn)換器(U5)的3腳與4腳并接后接地；基準(zhǔn)電壓源(U2)的3腳、4腳分別接電壓+Vcc、地，電阻R3接在電壓+Vcc與基準(zhǔn)電壓源(U2)的I腳之間，電位器(R4)接在基準(zhǔn)電壓源(U2)的I腳與地之間，基準(zhǔn)電壓源(U2)的2腳接地，電位器(R4)的動臂接模數(shù)轉(zhuǎn)換器(U5)的參考電壓端I腳。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的ー種熱電阻測溫裝置，其特征在干所述單片機(jī)控制電路(3-4)由單片機(jī)(U1)、電源隔離模塊(U15)、晶振(Y1)、電容C3、C4、C8和電阻R17組成；所述電源隔離模塊(U15)的輸入端2腳接+5V電壓，電源隔離模塊(U15)的I腳、3腳、4腳分別為DGND, V485、GND485 ;晶振(Yl)接在單片機(jī)(Ul)的4、5腳之間，電容C3接在單片機(jī)(Ul)的4腳與DGND之間，電容C4接在單片機(jī)(Ul)的5腳與DGND之間，電阻R17接在單片機(jī)(Ul)的I腳與DGND之間，單片機(jī)(Ul)的I腳經(jīng)電容CS接+5V電壓；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器(U5)的5-7腳分別接單片機(jī)(Ul)的12-14腳。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的ー種熱電阻測溫裝置，其特征在于所述通信接ロ電路(4)由485通信接ロ芯片(U14)、第一至第三光電耦合器(U11-U13)、TVS管D5-D7、電阻R7-R9、R14-R16、R19-R23和接ロ(Jl)組成；所述單片機(jī)(Ul)的7腳、3腳分別接第一光電耦合器(Ull)、第三光電稱合器(Ul3)的輸入端2腳,第一光電稱合器(Ull)、第三光電稱合器(Ul3)的輸入端I腳分別經(jīng)電阻R7、電阻R9接+5V電壓，第一至第三光電耦合器(U11-U13)的3腳分別接地，第一光電稱合器(U11)、第三光電稱合器(U13)的輸出端4腳分別接485通信接ロ芯片(U14)的2腳、4腳，電阻R20接在第一光電耦合器(UlI)的輸出端4腳與V485之間，電阻R21接在第三光電耦合器(U13)的輸出端4腳與V485之間；所述485通信接ロ芯片(U14)的I腳接第二光電稱合器(U12)的輸入端2腳,第二光電稱合器(U12)的輸入端I腳經(jīng)電阻R8接V485，第二光電耦合器(U12)的輸出端4腳接單片機(jī)(Ul)的2腳，電阻R19接在第二光電耦合器(U12)的輸出端4腳與+5V電壓之間；485通信接ロ芯片(U14)的3腳與2腳并接，485通信接ロ芯片(U14)的8腳、5腳分別接+5V電壓、地，485通信接ロ芯片(U14)的6、7腳分別經(jīng)電阻R23、電阻R22后輸出為信號端DATA+、DATA-，信號端DATA+、DATA-分別經(jīng)TVS管D7、TVS管D5接GND485，TVS管D6接在信號端DATA+與DATA-之間；接ロ(Jl)的I、2腳分別接信號端DATA+、DATA-;電阻R14接在485通信接ロ芯片(U14)的7腳與GND485之間，電阻R16接在485通信接ロ芯片(U9)的6腳與V485之間，電阻R15接在485通信接ロ芯片(U14)的6腳與7腳之間。
專利摘要本實用新型公開了一種熱電阻測溫裝置，用于測量工業(yè)環(huán)境下的現(xiàn)場溫度。包括熱電阻，電源電路、恒流源電路和由電壓放大電路、模擬濾波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路組成的數(shù)據(jù)處理電路以及通信接口電路；電源電路的輸出端分別接其他電路模塊的相應(yīng)電源端，恒流源電路的輸出端接熱電阻的電流輸入端,熱電阻兩端的電壓信號接在電壓放大電路的兩個輸入端，電壓放大電路的輸出端依次經(jīng)模擬濾波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路接單片機(jī)控制電路的輸入端，單片機(jī)控制電路與通信接口電路雙向連接。本實用新型使用相同的數(shù)據(jù)處理電路，可實現(xiàn)2線制、3線制和4線制現(xiàn)場溫度的測量，具有結(jié)構(gòu)簡單、操作容易且測量精度高的特點。
文檔編號G01K7/18GK202442810SQ20122002514
公開日2012年9月19日 申請日期2012年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月19日
發(fā)明者陳雷 申請人:東北石油大學(xué)秦皇島分校