一種新型溫度傳感器處理電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種新型溫度傳感器處理電路，包括由電阻R1～R4、運算放大器N1A、精密基準電壓源N2連接成1mA的恒流源，給四線制鉑電阻式溫度傳感器Pt供電；溫度傳感器Pt的輸出端連接到由電容C1～C4、電阻R5～R8、運算放大器N1D組成的前置差分放大器；由電阻R9、可調(diào)電位器R10、電阻R11～R16、運算放大器N1B組成的差分放大調(diào)零電路；由可調(diào)電位器R17、電阻R18～R20、運算放大器N1C組成的同相比例放大器；由電阻R21、電壓調(diào)整二極管V1、運算放大器N3組成的限幅放大器。采用差分放大器進行信號放大處理，可以有效消除溫度傳感器因引線太長而附加電阻影響測量精度問題，提高了測量精度。
【專利說明】
一種新型溫度傳感器處理電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于電子電路設(shè)計技術(shù)，涉及基于溫度信號調(diào)理技術(shù)，特別涉及四線制鉑 電阻式溫度傳感器信號處理電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 溫度測量在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，如何準確測量溫度參數(shù)，除了選用高性能的 溫度傳感器外，其關(guān)鍵還在于溫度信號處理電路的設(shè)計。傳統(tǒng)的溫度信號處理電路是由單 個運算放大器組成的同相或反相放大器，這種類型的放大器不能消除溫度傳感器引出線所 附加的電阻。由于鉑電阻式溫度傳感器每敏感到1°C溫度變化時，對應(yīng)的電阻值變化量僅為 0.38 Ω，因而引出線附加電阻的存在對測量結(jié)果的影響較大。同時，為了使得經(jīng)過處理后的 溫度信號能夠適應(yīng)后續(xù)CPU芯片采取電平要求，并保證在溫度傳感器開路或短路時，信號處 理電路的輸出不會超出CPU芯片A/D采樣電壓最大值。為此，必須設(shè)計能夠有效消除溫度傳 感器引出線附加電阻的信號處理電路，并對輸出信號幅值進行一定的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是:針對現(xiàn)有溫度信號處理電路存在的種種問題，本發(fā)明提出一種 滿足四線制鉑電阻式溫度傳感器的溫度信號處理電路。
[0004] 本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:一種新型溫度傳感器處理電路，包括由電阻R1~R4、運 算放大器N1A、精密基準電壓源N2連接成1mA的恒流源，給四線制鉑電阻式溫度傳感器Pt供 電；溫度傳感器Pt的輸出端連接到由電容C1~C4、電阻R5~R8、運算放大器N1D組成的前置 差分放大器；由電阻R9、可調(diào)電位器R10、電阻Rl 1~R16、運算放大器N1B組成的差分放大調(diào) 零電路；由可調(diào)電位器R17、電阻R18~R20、運算放大器NIC組成的同相比例放大器；由電阻 R21、電壓調(diào)整二極管VI、運算放大器N3組成的限幅放大器。
[0005] 上述恒流源、前置差分放大器、差分放大調(diào)零電路、同相比例放大器、限幅放大器 的連接關(guān)系為:運算放大器N1A的輸入正端通過電阻R2與精密基準電壓源N2的負極相連，運 算放大器N1A的輸入負端通過電阻R3與精密基準電壓源N2的正極、溫度傳感器Pt的供電正 端相連，運算放大器N1A的輸出端通過電阻R1與精密基準電壓源N2的負極相連，運算放大器 N1A的輸出端與輸入負端之間跨接電阻R4;
[0006] 溫度傳感器Pt的供電負端連接至地線，溫度傳感器Pt的輸出正端通過電阻R7與運 算放大器N1D輸入正端相連，溫度傳感器Pt的輸出正端與電阻R7之間通過并聯(lián)電容C3、電容 C4接地，且電容C3負極接地，電阻R7與運算放大器N1D輸入正端之間通過電阻R8接地，溫度 傳感器Pt的輸出負端通過電阻R6與運算放大器N1D輸入負端相連，溫度傳感器Pt的輸出負 端與電阻R6之間通過并聯(lián)電容C1、電容C2接地，且電容C1負極接地；
[0007] 運算放大器N1D的輸出端與輸入負端之間跨接電阻R5;
[0008] 運算放大器N1B輸入正端通過電阻R15與運算放大器N1D的輸出端相連，且在電阻 R15與運算放大器N1B之間通過電阻R16接地，運算放大器N1B輸入負端通過電阻R14連接至 一個分壓器的取樣點，在分壓器中，上分壓電阻為R9,且電阻R9另一端接至+5V基準電壓 VrefA，下分壓電阻由R12與可調(diào)電位器R10并聯(lián)后再與電阻R11串聯(lián)后形成，且電阻R11的一 端接地，在運算放大器N1B的輸入負端與輸出端之間跨接電阻R13,運算放大器N1B的輸出端 通過電阻R18連接到運算放大器NIC的輸入正端；
[0009] 運算放大器NIC的輸入負端通過電阻R19與可調(diào)電位器R17串聯(lián)后接地，在運算放 大器NIC的輸入負端與輸出端之間跨接電阻R20,運算放大器NIC的輸出端通過電阻R21與運 算放大器N3A的輸入正端相連；
[0010] 運算放大器N3A的輸入負端與輸出端相連，運算放大器N3A的輸出端通過電壓調(diào)整 二極管VI接地，且電壓調(diào)整二極管VI正極接地，運算放大器N3的電源正端與+5V相連，運算 放大器N3A的電源負端接地。
[0011] 本發(fā)明的優(yōu)點是:采用差分放大器進行信號放大處理，可以有效消除溫度傳感器 因引線太長而附加電阻影響測量精度問題，提高了測量精度。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本發(fā)明的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0013] 下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0014] (1)運算放大器N1A的輸入正端通過電阻R2與精密基準電壓源N2的負極相連，運算 放大器N1A的輸入負端通過電阻R3與精密基準電壓源N2的正極、溫度傳感器Pt的供電正端 相連，運算放大器N1A的輸出端通過電阻R1與精密基準電壓源N2的負極相連，運算放大器 N1A的輸出端與輸入負端之間跨接電阻R4;
[0015] (2)溫度傳感器Pt的供電負端連接至地線，溫度傳感器Pt的輸出正端通過電阻R7 與運算放大器N1D輸入正端相連，溫度傳感器Pt的輸出正端與電阻R7之間通過并聯(lián)電容C3、 電容C4接地，且電容C3負極接地，電阻R7與運算放大器N1D輸入正端之間通過電阻R8接地， 溫度傳感器Pt的輸出負端通過電阻R6與運算放大器N1D輸入負端相連，溫度傳感器Pt的輸 出負端與電阻R6之間通過并聯(lián)電容C1、電容C2接地，且電容C1負極接地；
[0016] (3)運算放大器N1D的輸出端與輸入負端之間跨接電阻R5;
[0017] (4)運算放大器N1B輸入正端通過電阻R15與運算放大器N1D的輸出端相連，且在電 阻R15與運算放大器N1B之間通過電阻R16接地，運算放大器N1B輸入負端通過電阻R14連接 至一個分壓器的取樣點，在分壓器中，上分壓電阻為R9,且電阻R9另一端接至+5V基準電壓 VrefA，下分壓電阻由R12與可調(diào)電位器R10并聯(lián)后再與電阻R11串聯(lián)后形成，且電阻R11的一 端接地，在運算放大器N1B的輸入負端與輸出端之間跨接電阻R13,運算放大器N1B的輸出端 通過電阻R18連接到運算放大器NIC的輸入正端；
[0018] (5)運算放大器NIC的輸入負端通過電阻R19與可調(diào)電位器R17串聯(lián)后接地，在運算 放大器NIC的輸入負端與輸出端之間跨接電阻R20,運算放大器NIC的輸出端通過電阻R21與 運算放大器N3A的輸入正端相連；
[0019] (6)運算放大器N3A的輸入負端與輸出端相連，運算放大器N3A的輸出端通過電壓 調(diào)整二極管VI接地，且電壓調(diào)整二極管VI正極接地，運算放大器N3的電源正端與+5V相連， 運算放大器N3A的電源負端接地。
[0020] 信號處理電路采用四級進行信號處理。第一級是前置差分放大器，首先對溫度傳 感器輸出的小信號進行預(yù)放大;第二極為專用調(diào)零電路，對溫度傳感器的輸出信號進行調(diào) 零處理;第三極為幅度調(diào)整放大電路，用于將溫度傳感器輸出的信號放大調(diào)節(jié)到所需范圍； 第四極為限幅放大器，用于對傳感器開路和斷路時，前端信號處理電路的輸出信號進行限 幅，保證后續(xù)DSP芯片進行正常A/D采樣，并對DSP芯片進行保護。由于信號處理電路中的調(diào) 零環(huán)節(jié)和輸出信號幅度調(diào)整環(huán)節(jié)為兩個獨立的電路，所以在實際中，電路調(diào)試十分方便。
[0021] 本實施通過調(diào)整電路中的可調(diào)電位器R10,可調(diào)節(jié)信號電路的信號輸出零信號值。 調(diào)整可調(diào)電位器R17,可調(diào)節(jié)溫度傳感器滿量程輸出信號幅值，以便滿足后續(xù)DSP處理芯片 進行A/D采樣要求。
[0022] 實施例1:元件的選型參數(shù)如下表1:
[0023] 表1元件選型參數(shù)
[0024]
[0025] 恒流源輸出1mA的電流Ιο給溫度傳感器供電；
[0026] 溫度傳感器兩端取樣電壓為= XRt;
[0027] 前置差分放大器輸出電壓為:V2 = R5/R6 X Vi;
[0028] 差分調(diào)零放大器輸出電壓為:V3 = R16/R15 X (V2-Vo)，其中Vo為調(diào)零電壓；
[0029] 同相比例放大器輸出電壓為:V4 = [ 1 +R2q/ (Ri9+Rn) ] X V3;
[0030] 電壓跟隨器輸出電壓:V5 = V4。
[0031]技術(shù)效果:本發(fā)明采用差分放大器進行信號放大處理，可以有效消除溫度傳感器 因引線太長而附加電阻影響測量精度問題，提高了測量精度。在電路末端設(shè)計的限幅放大 器可以使得溫度傳感器出現(xiàn)開路、斷路損壞時，信號處理電路輸出的信號幅值不會超出 3.3V電壓范圍，保證了后續(xù)DSP芯片的A/D采樣通道的正常采樣，也能對DSP起到保護作用。
【主權(quán)項】
1. 一種新型溫度傳感器處理電路，其特征在于:包括由電阻R1~R4、運算放大器N1A、精 密基準電壓源N2連接成1mA的恒流源，給四線制鉑電阻式溫度傳感器Pt供電；溫度傳感器Pt 的輸出端連接到由電容Cl~C4、電阻R5~R8、運算放大器N1D組成的前置差分放大器；由電 阻R9、可調(diào)電位器R10、電阻R11~R16、運算放大器N1B組成的差分放大調(diào)零電路；由可調(diào)電 位器R17、電阻R18~R20、運算放大器NIC組成的同相比例放大器；由電阻R21、電壓調(diào)整二極 管VI、運算放大器N3組成的限幅放大器。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型溫度傳感器處理電路，其特征在于:恒流源、前置差分放 大器、差分放大調(diào)零電路、同相比例放大器、限幅放大器的連接關(guān)系為:運算放大器N1A的輸 入正端通過電阻R2與精密基準電壓源N2的負極相連，運算放大器N1A的輸入負端通過電阻 R3與精密基準電壓源N2的正極、溫度傳感器Pt的供電正端相連，運算放大器N1A的輸出端通 過電阻R1與精密基準電壓源N2的負極相連，運算放大器N1A的輸出端與輸入負端之間跨接 電阻R4; 溫度傳感器Pt的供電負端連接至地線，溫度傳感器Pt的輸出正端通過電阻R7與運算放 大器N1D輸入正端相連，溫度傳感器Pt的輸出正端與電阻R7之間通過并聯(lián)電容C3、電容C4接 地，且電容C3負極接地，電阻R7與運算放大器N1D輸入正端之間通過電阻R8接地，溫度傳感 器Pt的輸出負端通過電阻R6與運算放大器N1D輸入負端相連，溫度傳感器Pt的輸出負端與 電阻R6之間通過并聯(lián)電容C1、電容C2接地，且電容C1負極接地； 運算放大器N1D的輸出端與輸入負端之間跨接電阻R5; 運算放大器N1B輸入正端通過電阻R15與運算放大器N1D的輸出端相連，且在電阻R15與 運算放大器N1B之間通過電阻R16接地，運算放大器N1B輸入負端通過電阻R14連接至一個分 壓器的取樣點，在分壓器中，上分壓電阻為R9,且電阻R9另一端接至+5V基準電壓VrefA，下 分壓電阻由R12與可調(diào)電位器R10并聯(lián)后再與電阻R11串聯(lián)后形成，且電阻R11的一端接地， 在運算放大器N1B的輸入負端與輸出端之間跨接電阻R13,運算放大器N1B的輸出端通過電 阻R18連接到運算放大器NIC的輸入正端； 運算放大器NIC的輸入負端通過電阻R19與可調(diào)電位器R17串聯(lián)后接地，在運算放大器 NIC的輸入負端與輸出端之間跨接電阻R20,運算放大器NIC的輸出端通過電阻R21與運算放 大器N3A的輸入正端相連； 運算放大器N3A的輸入負端與輸出端相連，運算放大器N3A的輸出端通過電壓調(diào)整二極 管VI接地，且電壓調(diào)整二極管VI正極接地，運算放大器N3的電源正端與+5V相連，運算放大 器N3A的電源負端接地。
【文檔編號】G01K7/20GK105973497SQ201610296821
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月6日
【發(fā)明人】彭澤友, 黃強
【申請人】武漢航空儀表有限責(zé)任公司