一種用于pt1000溫度傳感器的測(cè)量電路的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型屬于柴油機(jī)監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)一種用于PT1000溫度傳感器的測(cè)量電路，包括：系統(tǒng)外部溫度傳感器采集輸入電路Part_A、8選1多路復(fù)用電子開(kāi)關(guān)電路和精密運(yùn)算放大器，所述的8選1多路復(fù)用電子開(kāi)關(guān)電路的輸入端Sa?Sb與系統(tǒng)外部溫度傳感器采集輸入電路Part_A輸出端相連；8選1多路復(fù)用電子開(kāi)關(guān)電路的輸出端Da?Db與精密運(yùn)算放大器輸入端相連。本實(shí)用新型解決了傳感器供電電壓、A/D轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)參考電壓其設(shè)計(jì)值與實(shí)際值誤差從而引起溫度測(cè)量誤差的問(wèn)題，能夠使在0至200℃的測(cè)溫范圍將誤差控制在±1℃以?xún)?nèi)，達(dá)到了柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)冷卻水、滑油等介質(zhì)溫度信號(hào)測(cè)量的精度要求，同時(shí)簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種用于PT1000溫度傳感器的測(cè)量電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型屬于柴油機(jī)監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域。主要涉及用于柴油機(jī)冷卻水、滑油、進(jìn)機(jī)空 氣等介質(zhì)溫度信號(hào)測(cè)量的一種用于PT1000溫度傳感器的測(cè)量方法及測(cè)量電路，本實(shí)用新型 也可推廣應(yīng)用于其它動(dòng)力裝備的監(jiān)控系統(tǒng)中。
【背景技術(shù)】
[0002] 溫度信號(hào)測(cè)量是工業(yè)自動(dòng)化控制中常用的技術(shù)手段，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合、測(cè)溫范圍、精 度要求、應(yīng)用成本及柴油機(jī)功率等級(jí)等因素所選取的溫度傳感器類(lèi)型各不相同。目前柴油 機(jī)監(jiān)控常用的溫度傳感器類(lèi)型有Cu50、PT100、PT1000等，其工作特性、制造工藝、造價(jià)等方 面存在一定差別。PT1000傳感器較Cu50傳感器有更好的溫度電阻線(xiàn)性關(guān)系，較PT100有更寬 的電阻變化范圍更容易被檢測(cè)，因此在高速大功率柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中采用PT1000傳感器作 為冷卻水、滑油、進(jìn)機(jī)空氣等介質(zhì)的溫度信號(hào)檢測(cè)是一種很好的方式。與之配套的傳感器測(cè) 量電路也是影響測(cè)量精度等因素的重要環(huán)節(jié)，目前PT1000、PT100鉑電阻溫度傳感器的檢測(cè) 電路多采取惠思頓電橋取樣加運(yùn)算放大再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的方式，此種方式電橋供電電壓及 A/D轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)參考電壓的設(shè)計(jì)值與實(shí)際值之間誤差將引起溫度測(cè)量誤差增大。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的是提出一種用于PT1000溫度傳感器的測(cè) 量方法及測(cè)量電路。
[0004] 本實(shí)用新型為完成其實(shí)用新型任務(wù)采用如下技術(shù)方案：
[0005] -種用于PT1000溫度傳感器的測(cè)量電路，包括：系統(tǒng)外部溫度傳感器PT1000采集 輸入電路Part_A、8選1多路復(fù)用電子開(kāi)關(guān)電路和精密運(yùn)算放大器，所述的8選1多路復(fù)用電 子開(kāi)關(guān)電路的輸入端Sa-Sb與系統(tǒng)外部溫度傳感器PT1000采集輸入電路出端相 連;8選1多路復(fù)用電子開(kāi)關(guān)電路的輸出端Da-Db與精密運(yùn)算放大器輸入端相連。
[0006] -種用于PT1000溫度傳感器的測(cè)量電路，所述系統(tǒng)外部溫度傳感器PT1000采集輸 入電路Par t_A由溫度傳感器PT1000與阻容濾波電路電連接組成。
[0007] 一種用于PT1000溫度傳感器的測(cè)量電路，所述8選1多路復(fù)用電子開(kāi)關(guān)電路由集成 電路ADG507構(gòu)成，8選1多路復(fù)用電子開(kāi)關(guān)電路的輸入端為Sa-Sb，輸出端分別為Da-Db。
[0008] 一種用于PT1000溫度傳感器的測(cè)量電路，所述精密運(yùn)算放大器電路Part_B由兩路 運(yùn)放器U2、U3并聯(lián)組成，并聯(lián)的兩路運(yùn)放器U2、U3的輸入端正極分別與8選1多路復(fù)用電子開(kāi) 關(guān)電路的輸出端Da-Db相連;并聯(lián)的兩路運(yùn)放器U2、U3的輸入端負(fù)極分別與兩路運(yùn)放器U2、 U3的輸出端A、輸出端B相連;并聯(lián)的兩路運(yùn)放器U2、U3的輸出端A、輸出端B分別通過(guò)電阻與 運(yùn)放器U4相連;并聯(lián)的兩路運(yùn)放器U2、U3的輸出端A與輸出端B間連接的分壓電阻的分壓端C 與運(yùn)放器U5相連。
[0009] 一種用于PT1000溫度傳感器的測(cè)量電路，所述的運(yùn)放器1]2、1]3、1]4、1]5型號(hào)為集成 電路 AD8608。
[0010] 由于采用如上所述的技術(shù)方案，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)越性：
[0011] 本實(shí)用新型所述PT1000溫度傳感器的測(cè)量方法及測(cè)量電路，解決了因傳感器供電 電壓、A/D轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)參考電壓其設(shè)計(jì)值與實(shí)際值誤差從而引起溫度測(cè)量誤差的問(wèn)題，硬件 電路的采樣誤差消除措施配合軟件數(shù)據(jù)的濾波算法，使在〇至200 °C的測(cè)溫范圍將誤差控制 在±rc以?xún)?nèi)，達(dá)到了柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)冷卻水、滑油等介質(zhì)溫度信號(hào)測(cè)量的精度要求，同 時(shí)簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1為用于PT1000溫度傳感器的測(cè)量電路圖；
[0013] 圖2為電阻值-溫度修正值的分度表示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型加以說(shuō)明：
[0015] 如圖1、2所示，一種用于PT1000溫度傳感器的測(cè)量電路，包括：系統(tǒng)外部溫度傳感 器PT1000采集輸入電路Part_A、8選1多路復(fù)用電子開(kāi)關(guān)電路和精密運(yùn)算放大器，所述的8選 1多路復(fù)用電子開(kāi)關(guān)電路的輸入端Sa-Sb與系統(tǒng)外部溫度傳感器PT1000采集輸入電路Part_ A輸出端相連;8選1多路復(fù)用電子開(kāi)關(guān)電路的輸出端Da-Db與精密運(yùn)算放大器輸入端相連。
[0016] 所述系統(tǒng)外部溫度傳感器PT1000采集輸入電路Part_A由溫度傳感器PT1000與阻 容濾波電路電連接組成。
[0017]所述8選1多路復(fù)用電子開(kāi)關(guān)電路由集成電路ADG507構(gòu)成，8選1多路復(fù)用電子開(kāi)關(guān) 電路的輸入端為Sa-Sb，輸出端分別為Da-Db。
[0018]所述精密運(yùn)算放大器電路Part_B由兩路運(yùn)放器U2、U3并聯(lián)組成，并聯(lián)的兩路運(yùn)放 器U2、U3的輸入端正極分別與8選1多路復(fù)用電子開(kāi)關(guān)電路的輸出端Da-Db相連;并聯(lián)的兩路 運(yùn)放器U2、U3的輸入端負(fù)極分別與兩路運(yùn)放器U2、U3的輸出端A、輸出端B相連;并聯(lián)的兩路 運(yùn)放器U2、U3的輸出端A、輸出端B分別通過(guò)電阻與運(yùn)放器U4相連;并聯(lián)的兩路運(yùn)放器U2、U3 的輸出端A與輸出端B間連接的分壓電阻的分壓端C與運(yùn)放器U5相連。所述的運(yùn)放器U2、U3、 U4、U5型號(hào)為集成電路AD8608;此電路原理如圖1所示，該電路主要器件包括8選1多路復(fù)用 電子開(kāi)關(guān)ADG507和精密運(yùn)算放大器AD8608。
[0019] 圖1中左側(cè)實(shí)線(xiàn)框內(nèi)表示外部PT1000溫度傳感器的連接方法;為了使電路簡(jiǎn)潔便 于理解，這里僅畫(huà)出1路PT1000采集的輸入電路即局部電路Part_A。實(shí)際電路板含有8路 PT1000采集輸入電路，即使用了相同的共8個(gè)Part_A電路，其對(duì)應(yīng)的輸出Sa、Sb依次接入 ADG507的輸入端口 Sla~S8a和Sib~S8b。局部電路Part_A和局部電路Part_B間通過(guò)ADG507 相連。MCU輸出控制信號(hào)]?〇]-厶0、]\1〇]-厶1、]\1〇]-厶2和]\1〇]41用以控制厶06507從8路?1'1000輸 入電路中選擇希望采集的1路信號(hào)送入Part_B，并最終輸出Output-MCU-ADl和Output-MCU-AD2至MCU。
[0020] 為便于說(shuō)明整個(gè)電路的工作原理，這里以Sa、Sb信號(hào)經(jīng)過(guò)ADG507送入Da、Db的情況 為例加以說(shuō)明。
[0021] -種用于PT1000溫度傳感器的測(cè)量方法，其步驟如下：
[0022] 1)、通過(guò)PT1000測(cè)量電路的PT1000溫度傳感器采集的電信號(hào)傳輸至處理器MCU輸 入端；是采用PT1000測(cè)量電路完成對(duì)PT1000溫度傳感器信號(hào)的轉(zhuǎn)換、校準(zhǔn)和采樣；即將 PT1000的電阻值轉(zhuǎn)換為電壓值信號(hào)，并將其與供電參考電壓一起送入處理器MCU;MCU輸出 控制信號(hào)]?〇]-厶0、]\〇]-厶1、]\1〇]-厶2和]\〇]41用以控制厶06507從8路?1'1000輸入電路中選擇 希望采集的1路信號(hào)送入Part_B，并最終輸出Output-MCU-ADl和0utput-MCU-AD2至MCU; [0023] 2)、處理器MCU對(duì)送入的電壓信號(hào)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換后，根據(jù)電壓值計(jì)算出電阻值，并根 據(jù)傳感器電阻與溫度的推算公式計(jì)算出溫度值；
[0024]當(dāng)系統(tǒng)外部溫度傳感器PT1000采集輸入電路Part_A采集的電信號(hào)經(jīng)8選1多路復(fù) 用電子開(kāi)關(guān)電路的輸入端Sa-Sb進(jìn)入集成電路ADG507處理送入精密運(yùn)算放大器電路Part_B 的輸入端Da、Db的情況：
[0025]處理器M⑶對(duì)Uoutl進(jìn)行12位采樣精度的AD轉(zhuǎn)換，有
[0027]運(yùn)放U4作為差分放大器使用，有
[0029]運(yùn)放U2、U3作為同相緩沖器使用，結(jié)合ADG507的信號(hào)轉(zhuǎn)接作用有：
[0033] 故將公式(5)、（2)代入（1)中，且M =及2,則有
[0035]根據(jù)設(shè)計(jì)，理想情況下AD采樣的基準(zhǔn)電壓Uref與采樣電路供電電壓U相等為5V，公 式(6)可以簡(jiǎn)化為
[0037] M⑶直接按照公式(7)即可計(jì)算出所需的傳感器電阻值。但實(shí)際情況，Uref和U與設(shè) 計(jì)電壓值并不完全一致，經(jīng)實(shí)際測(cè)試，Uref在4.97V~5.03V之間，U在4.96V~5.05V之間。如 果仍然使用公式(7)，由此對(duì)待測(cè)溫度值引入的最大誤差可達(dá)13°C左右。為解決此問(wèn)題，電 路設(shè)計(jì)時(shí)，在C點(diǎn)引出一個(gè)供電參考電壓UC送入MCUJCU對(duì)Uout2進(jìn)行12位采樣精度的AD轉(zhuǎn) 換，則有
[0039]運(yùn)放U5作為同相緩沖器使用，有 [0040] (9)
[0041 ] 由電路圖可知
[0045]考慮到及:1 =身2，JS7 = ，將公式(9)、（ 10)、（ 11)、（ 12)代入(8)中，有
[0047] 將公式（13)代入(6)得到
[0049] M⑶按照公式（14)即可計(jì)算出所需傳感器電阻值。通過(guò)引入供電參考電壓UC的AD 采樣值D2,可以在計(jì)算傳感器電阻值的過(guò)程中使用D2代替比例因子
，消除了由M⑶AD 轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓Uref與采樣電路供電電壓U不一致帶來(lái)的誤差。使用Rpt根據(jù)下面的公式 即可計(jì)算出溫度值。
[0051] PT1000在溫度測(cè)量時(shí)存在非線(xiàn)性誤差，對(duì)其進(jìn)行線(xiàn)性化校正可以使測(cè)量結(jié)果更加 準(zhǔn)確。因此，在向外輸出待測(cè)溫度前，MCU會(huì)采用分段查表和線(xiàn)性插值的方法對(duì)溫度值Tr進(jìn) 行線(xiàn)性化校正。具體方法如下:首先在MCU中建立一個(gè)電阻值-溫度修正值的分度表，然后根 據(jù)Rpt所在區(qū)域用插值法確定溫度修正值Tc，如公式（16)所示
[0053]最后根據(jù)溫度修正值Tc對(duì)溫度值Tr進(jìn)行修正后輸出待測(cè)溫度值T，如公式（17)所 示
[0054] T = Tr+Tc (17)
[0055] 該電路解決了轉(zhuǎn)換器MCU-AD的基準(zhǔn)電壓與采樣電路供電電壓不一致造成的測(cè)量 結(jié)果不準(zhǔn)確的問(wèn)題，同時(shí)，在僅占用2個(gè)轉(zhuǎn)換器MCU-AD采樣通道的情況下實(shí)現(xiàn)了對(duì)8路 PT1000信號(hào)的分時(shí)復(fù)用采集，完成了對(duì)PT1000溫度傳感器信號(hào)的轉(zhuǎn)換、校準(zhǔn)和采樣。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于PTlOOO溫度傳感器的測(cè)量電路，其特征是：包括：系統(tǒng)外部溫度傳感器 PT1000采集輸入電路Part_A、8選1多路復(fù)用電子開(kāi)關(guān)電路和精密運(yùn)算放大器，所述的8選1 多路復(fù)用電子開(kāi)關(guān)電路的輸入端Sa-Sb與系統(tǒng)外部溫度傳感器PT1000采集輸入電路Part_A 輸出端相連;8選1多路復(fù)用電子開(kāi)關(guān)電路的輸出端Da-Db與精密運(yùn)算放大器輸入端相連。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于PT1000溫度傳感器的測(cè)量電路，其特征是:所述系統(tǒng) 外部溫度傳感器PT1000采集輸入電路Part_A由溫度傳感器PT1000與阻容濾波電路電連接 組成。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于PT1000溫度傳感器的測(cè)量電路，其特征是:所述8選1 多路復(fù)用電子開(kāi)關(guān)電路由集成電路ADG507構(gòu)成，8選1多路復(fù)用電子開(kāi)關(guān)電路的輸入端為 Sa-Sb，輸出端分別為Da-Db。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于PT1000溫度傳感器的測(cè)量電路，其特征是:所述精密 運(yùn)算放大器電路Par t_B由兩路運(yùn)放器U2、U3并聯(lián)組成，并聯(lián)的兩路運(yùn)放器U2、U3的輸入端正 極分別與8選1多路復(fù)用電子開(kāi)關(guān)電路的輸出端Da-Db相連;并聯(lián)的兩路運(yùn)放器U2、U3的輸入 端負(fù)極分別與兩路運(yùn)放器U2、U3的輸出端A、輸出端B相連;并聯(lián)的兩路運(yùn)放器U2、U3的輸出 端A、輸出端B分別通過(guò)電阻與運(yùn)放器U4相連;并聯(lián)的兩路運(yùn)放器U2、U3的輸出端A與輸出端B 間連接的分壓電阻的分壓端C與運(yùn)放器U5相連。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于PT1000溫度傳感器的測(cè)量電路，其特征是:所述的運(yùn) 放器1]2、1]3、1]4、1]5型號(hào)為集成電路六08608。
【文檔編號(hào)】G01K7/21GK205562066SQ201620112010
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年2月3日
【發(fā)明人】楊迅
【申請(qǐng)人】河南柴油機(jī)重工有限責(zé)任公司