基于鉑熱電阻的雙恒定交流源激勵(lì)溫度測量裝置的制造方法
【專利摘要】一種基于鉑熱電阻的雙恒定交流源激勵(lì)溫度測量裝置,具有：進(jìn)行頻率選擇的正弦波發(fā)生電路；移相電路，該電路接正弦波產(chǎn)生電路；正弦恒流激勵(lì)電路，該電路接正弦波發(fā)生電路；溫度傳感器及調(diào)理電路，該電路接正弦恒流激勵(lì)電路；差分放大電路，該電路接溫度傳感器及調(diào)理電路；鎖相放大電路，該電路接差分放大電路和移相電路；低通濾波電路，該電路接鎖相放大電路；數(shù)據(jù)采集與處理電路，該電路接低通濾波電路；顯示電路，該電路接數(shù)據(jù)采集與處理電路，本裝置結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)合理、抗內(nèi)部噪聲和外部電磁干擾能力強(qiáng)、測試準(zhǔn)確度高，可推廣應(yīng)用到溫度測量技術(shù)領(lǐng)域。
【專利說明】
基于鉑熱電阻的雙恒定交流源激勵(lì)溫度測量裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于溫度測量裝置或設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種基于鉑熱電阻的雙恒定交流源激勵(lì)溫度測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]溫度是測量和控制的重要參數(shù)之一，選用鉑熱電阻溫度傳感器具有測量范圍寬和測量準(zhǔn)確的特點(diǎn)。傳統(tǒng)的方法是采用等值雙恒定直流源分別激勵(lì)由鉑熱電阻TlOO和標(biāo)準(zhǔn)電阻RN=10歐組成的電橋電路，將溫度引起的傳感器阻值的變化轉(zhuǎn)換為電壓信號送人差分放大器放大、調(diào)理后由控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換、計(jì)算和結(jié)果顯示。該方法的不足:其一是抗內(nèi)部噪聲和外部電磁干擾的能力較差，其二是為了減少恒流源流過Rt和RN的自身發(fā)熱產(chǎn)生的誤差，通常恒流源選I?3mA，所以差值電壓信號很小，不利于提高測試準(zhǔn)確度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于克服上述溫度測量裝置的不足，提供一種設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)簡單、抗內(nèi)部噪聲和外部電磁干擾能力強(qiáng)、測試準(zhǔn)確度高的基于鉑熱電阻的雙恒定交流源激勵(lì)溫度測量裝置。
[0004]解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:具有:進(jìn)行頻率選擇的正弦波發(fā)生電路;移相電路，該電路的輸入端接正弦波產(chǎn)生電路的輸出端;正弦恒流激勵(lì)電路，該電路的輸入端接正弦波發(fā)生電路的輸出端;溫度傳感器及調(diào)理電路，該電路的輸入端接正弦恒流激勵(lì)電路的輸出端;差分放大電路，該電路的輸入端接溫度傳感器及調(diào)理電路的輸出端;鎖相放大電路，該電路的輸入端接差分放大電路和移相電路的輸出端;低通濾波電路，該電路的輸入端接鎖相放大電路的輸出端;數(shù)據(jù)采集與處理電路，該電路的輸入端接低通濾波電路的輸出端;顯示電路，該電路的輸入端接數(shù)據(jù)采集與處理電路的輸出端。
[0005]本實(shí)用新型的正弦波發(fā)生電路為:集成電路Ul的7腳接集成電路U2的6腳、6腳接集成電路U2的4腳并接地、4腳接集成電路U2的5腳、2腳接移相電路、I腳接3.3V電源、16腳通過電阻Rl I接3.3V電源、15腳接開關(guān)SI的一端、20腳接地，集成電路U2的I腳接集成電路U3的2腳、2腳接集成電路U3的3腳并接地、3腳接地、1腳接集成電路U3的6腳和電容C5的一端、9腳和8腳接3.3V電源，集成電路U3的7腳接5V電源的正極、4腳接5V電源的負(fù)極，開關(guān)SI的另一端接地，電容C5的另一端接溫度傳感器及調(diào)理電路;集成電路Ul的型號為MSP430G2553、集成電路U2的型號為DAC7811、集成電路U3的型號為0P07。
[0006]本實(shí)用新型的正弦恒流激勵(lì)電路為:集成電路U4的3腳接電容C5的另一端和集成電路U5的3腳、2腳接三極管BG2的發(fā)射極并通過電阻R8接地、7腳接電容Cl的一端并接5V電源的正極、4腳接電容C6的一端和5V電源的負(fù)極、6腳接三極管BGl的基極，集成電路U5的2腳接三極管BG4的發(fā)射極并通過電阻Rl O接地、7腳接電容Cl 3的一端和5V電源的正極、4腳接電容C15的一端和5V電源的負(fù)極、6腳接三極管BG3的基極，三極管BGl的集電極接差分放大電路和三極管BG2的集電極并接溫度傳感器及調(diào)理電路、發(fā)射極接三極管BG2的基極，三極管BG3的發(fā)射極接三極管BG4的基極、集電極接差分放大電路和三極管BG4的集電極并接溫度傳感器及調(diào)理電路，電容Cl、電容C6、電容Cl 5、電容C13的另一端接地;集成電路U4、集成電路U5的型號為0P07。
[0007]本實(shí)用新型的溫度傳感器及調(diào)理電路為:熱電阻Rnl的一端接三極管BGl的集電極、另一端接5V電源的正極，可調(diào)電阻R9的一端接三極管BG3的集電極、另一端接5V電源的正極。
[0008]本實(shí)用新型的差分放大電路為:集成電路U6的I腳接可調(diào)電阻R2的固定端、2腳接電容C12的一端和電容ClO的正極并通過電阻R7接地、3腳接電容C2的一端和電容C4的負(fù)極并通過電阻R3接地、4腳接電容C7的一端和5V電源的負(fù)極、8腳接可調(diào)電阻R2的可調(diào)端、7腳接5V電源正極、6腳接鎖相放大電路、5腳接地，電容C2的另一端和電容C4的正極接三極管BGI的集電極，電容Cl 2的另一端和電容C1的正極接三極管BG3的正極，電容C7的另一端接地;集成電路U6的型號為AD620。
[0009]本實(shí)用新型的鎖相放大電路為:集成電路U7的I腳接集成電路U7的16腳、2腳接集成電路U6的6腳、8腳接電容C8的一端和5V電源的負(fù)極、10腳接地、20腳和19腳接集成電路U7的15腳、14腳接地、12腳通過電阻R4接低通濾波電路和電容C11的正極以及電容C9的一端，電容C8的另一端接地，電容C9的另一端接地、電容C11的負(fù)極接地;集成電路U7的型號為AD630o
[0010]由于本實(shí)用新型采用了正弦波發(fā)生電路、正弦恒流激勵(lì)電路、溫度傳感器及調(diào)理電路、差分放大電路、移相電路、鎖相放大電路、低通濾波電路、數(shù)據(jù)采集與處理電路、顯示電路，正弦波發(fā)生電路的頻率選擇遠(yuǎn)離工頻，避開了工頻強(qiáng)電的干擾;正弦恒流激勵(lì)電路、溫度傳感器及調(diào)理電路將溫度引起的傳感器阻值的變化轉(zhuǎn)換為電壓信號送入高阻低噪聲運(yùn)算放大器AD620提取出響應(yīng)信號；響應(yīng)信號送入鎖相放大電路，利用已知信號頻率移相后作為AD630構(gòu)成的鎖相放大電路的參考信號，鎖定后的信號在很大程度上克服了內(nèi)部噪聲和外部電磁干擾的影響；在按鍵控制下的間歇式激勵(lì)工作方式，可以擴(kuò)大激勵(lì)電流為0-20mA，從源頭上減少了溫度傳感器和標(biāo)準(zhǔn)電阻的通電時(shí)間，改善了自熱效應(yīng)對測試結(jié)果產(chǎn)生的影響。本裝置設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)簡單、抗內(nèi)部噪聲和外部電磁干擾能力強(qiáng)、測試準(zhǔn)確度高，可推廣應(yīng)用到溫度測量技術(shù)領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0011]圖1是本實(shí)用新型的電氣原理方框圖。
[0012]圖2是本實(shí)用新型的電子線路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本實(shí)用新型不限于這些實(shí)施例。
[0014]實(shí)施例1
[0015]在圖1中，本實(shí)用新型基于鉑熱電阻的雙恒定交流源激勵(lì)溫度測量裝置由正弦波發(fā)生電路、正弦恒流激勵(lì)電路、溫度傳感器及調(diào)理電路、差分放大電路、鎖相放大電路、移相電路、低通濾波電路、數(shù)據(jù)采集與處理電路、顯示電路連接構(gòu)成，正弦波發(fā)生電路的輸出端接正弦恒流激勵(lì)電路和移相電路的輸入端，正弦恒流激勵(lì)電路的輸出端接溫度傳感器及調(diào)理電路的輸入端，溫度傳感器及調(diào)理電路的輸出端接差分放大電路的輸入端，差分放大電路的輸出端接鎖相放大電路的輸入端，移相電路的輸出端接鎖相放大電路的輸入端，鎖相放大電路的輸出端接低通濾波電路的輸出端，低通濾波電路的輸出端接數(shù)據(jù)采集與處理電路的輸入端，數(shù)據(jù)采集與處理電路的輸出端接顯示電路。
[0016]本實(shí)施例的正弦波發(fā)生電路由集成電路Ul、集成電路U2、集成電路U3、電阻Rll、電容C5、開關(guān)SI連接構(gòu)成，集成電路Ul的型號為MSP430G2553、集成電路U2的型號為DAC7811、集成電路U3的型號為0P07。集成電路Ul的7腳接集成電路U2的6腳、6腳接集成電路U 2的4腳并接地、4腳接集成電路U2的5腳、2腳接移相電路、I腳接3.3V電源、16腳通過電阻Rl I接3.3V電源、15腳接開關(guān)SI的一端、20腳接地，集成電路U2的I腳接集成電路U3的2腳、2腳接集成電路U3的3腳并接地、3腳接地、10腳接集成電路U3的6腳和電容C5的一端、9腳和8腳接3.3V電源，集成電路U3的7腳接5V電源的正極、4腳接5V電源的負(fù)極，開關(guān)SI的另一端接地，電容C5的另一端接溫度傳感器及調(diào)理電路。正弦波發(fā)生電路的頻率選擇遠(yuǎn)離工頻，避開了工頻強(qiáng)電的干擾。
[0017]本實(shí)施例的移相電路由集成電路Ul和電容C14構(gòu)成，集成電路Ul的型號為MSP430G2553，電容C14的負(fù)極接集成電路Ul的2腳、正極接鎖相放大電路。
[0018]本實(shí)施例的正弦恒流激勵(lì)電路由集成電路U4、集成電路U5、電阻R8、電阻RlO、電容Cl、電容C6、電容C13、電容C15、三極管BGl?三極管BG4連接構(gòu)成，集成電路U4、集成電路U5的型號為0P07。集成電路U4的3腳接電容C5的另一端和集成電路U5的3腳、2腳接三極管BG2的發(fā)射極并通過電阻R8接地、7腳接電容CI的一端并接5V電源的正極、4腳接電容C6的一端和5V電源的負(fù)極、6腳接三極管BGl的基極，集成電路U5的2腳接三極管BG4的發(fā)射極并通過電阻RlO接地、7腳接電容C13的一端和5V電源的正極、4腳接電容C15的一端和5V電源的負(fù)極、6腳接三極管BG3的基極，三極管BGl的集電極接差分放大電路和三極管BG2的集電極并接溫度傳感器及調(diào)理電路、發(fā)射極接三極管BG2的基極，三極管BG3的發(fā)射極接三極管BG4的基極、集電極接差分放大電路和三極管BG4的集電極并接溫度傳感器及調(diào)理電路，電容Cl、電容C6、電容Cl 5、電容Cl 3的另一端接地。
[0019]本實(shí)施例的溫度傳感器及調(diào)理電路由熱電阻Rnl、可調(diào)電阻R9構(gòu)成，熱電阻Rnl的一端接三極管BGI的集電極、另一端接5V電源的正極，可調(diào)電阻R9的一端接三極管BG3的集電極、另一端接5V電源的正極。正弦恒流激勵(lì)電路、溫度傳感器及調(diào)理電路將溫度引起的傳感器阻值的變化轉(zhuǎn)換為電壓信號送人高阻低噪聲運(yùn)算放大器AD620提取出響應(yīng)信號。
[0020]本實(shí)施例的差分放大電路由集成電路U6、可調(diào)電阻R2、電阻R3、電阻R7、電容C2、電容C4、電容C10、電容C12、電容C7連接構(gòu)成，集成電路U6的型號為AD620。集成電路U6的I腳接可調(diào)電阻R2的固定端、2腳接電容C12的一端和電容ClO的正極并通過電阻R7接地、3腳接電容C2的一端和電容C4的負(fù)極并通過電阻R3接地、4腳接電容C7的一端和5V電源的負(fù)極、8腳接可調(diào)電阻R2的可調(diào)端、7腳接5V電源正極、6腳接鎖相放大電路、5腳接地，電容C2的另一端和電容C4的正極接三極管BGl的集電極，電容Cl 2的另一端和電容Cl O的正極接三極管BG3的正極，電容C7的另一端接地。
[0021]本實(shí)施例的鎖相放大電路由集成電路U7、電阻R4、電容C8、電容C9、電容ClI連接構(gòu)成，集成電路U7的型號為AD630 ο集成電路U7的I腳接集成電路U7的16腳、2腳接集成電路U6的6腳、8腳接電容C8的一端和5V電源的負(fù)極、10腳接地、20腳和19腳接集成電路U7的15腳、14腳接地、12腳通過電阻R4接低通濾波電路和電容Cl I的正極以及電容C9的一端，電容C8的另一端接地，電容C9的另一端接地、電容Cl I的負(fù)極接地。響應(yīng)信號送入鎖相放大電路，利用已知信號頻率移相后作為AD630構(gòu)成的鎖相放大電路的參考信號，鎖定后的信號在很大程度上克服了內(nèi)部噪聲和外部電磁干擾的影響。
[0022]本實(shí)施例的低通濾波電路由集成電路U8、集成電路U9、二極管Dl、二極管D2、電阻R1、電阻R5、電阻R6、電容C3連接構(gòu)成，集成電路U8、集成電路U9的型號為0P07。集成電路U8的2腳通過電阻R5接電容C3的負(fù)極并通過電阻Rl接電容C3的正極以及集成電路U7的6腳、2腳通過電阻R5接電容Cl I的正極、3腳接地、4腳接5V電源的負(fù)極、6腳通過電阻R6接集成電路1]9的3腳、7腳接5V電源的正極，集成電路U9的2腳接集成電路U9的6腳并接數(shù)據(jù)采集與處理電路、4腳接地、7腳接二極管D2的負(fù)極、二極管D2的正極接二極管Dl的負(fù)極，二極管DI的正極接5V電源。
[0023]本實(shí)施例的數(shù)據(jù)采集及處理電路由集成電路U10、電阻R12連接構(gòu)成，集成電路UlO的型號為MSP430G2553。集成電路UlO的16腳通過電阻R12接地、I腳接3.3V電源、8腳和9腳接顯示電路、2腳接集成電路U9的2腳、20腳接地。
[0024]本實(shí)施例的顯示電路由集成電路Ull、電阻R13、電阻R14、可調(diào)電阻R15連接構(gòu)成，集成電路U11的型號為IXD12864。集成電路U11的I腳接地并接可調(diào)電阻Rl 5的一固定端、2腳和4腳接3.3V電源、3腳接可調(diào)電阻Rl 5的可調(diào)端、5腳接集成電路U1的9腳、6腳接集成電路UlO的8腳、15腳和20腳接地、19腳通過電阻R13接3.3V電源、19腳通過電阻R14接5V電源的正極。
[0025]本實(shí)用新型的工作原理如下:
[0026]系統(tǒng)上電，一方面，集成電路Ul輸出IKHz的正弦信號，經(jīng)過集成電路U2進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換和集成電路U3進(jìn)行I/U變換的正弦信號輸入到集成電路U4、集成電路U5進(jìn)行前級放大和三極管BGl?三極管BG4進(jìn)行功率放大，經(jīng)過放大后的正弦信號輸入到熱電阻Rnl和電阻R9，在熱電阻Rnl和電阻R9兩端提取差分信號并由集成電路U6進(jìn)行差分放大，經(jīng)集成電路U6差分放大后的信號輸入到集成電路U7進(jìn)行鎖相放大，另一方面，集成電路UI輸出IKHz的參考信號由電容C14進(jìn)行移相并將信號輸入到集成電路U7中進(jìn)行鎖相放大，集成電路U7鎖定IKHz的信號進(jìn)行放大，放大后的信號由集成電路U8、集成電路U9提取直流分量，接著輸入到集成電路Ul O進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，最后信號由集成電路Ul I顯示出來。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于鉑熱電阻的雙恒定交流源激勵(lì)溫度測量裝置，其特征在于具有: 進(jìn)行頻率選擇的正弦波發(fā)生電路； 移相電路，該電路的輸入端接正弦波產(chǎn)生電路的輸出端； 正弦恒流激勵(lì)電路，該電路的輸入端接正弦波發(fā)生電路的輸出端； 溫度傳感器及調(diào)理電路，該電路的輸入端接正弦恒流激勵(lì)電路的輸出端； 差分放大電路，該電路的輸入端接溫度傳感器及調(diào)理電路的輸出端； 鎖相放大電路，該電路的輸入端接差分放大電路和移相電路的輸出端； 低通濾波電路，該電路的輸入端接鎖相放大電路的輸出端； 數(shù)據(jù)采集與處理電路，該電路的輸入端接低通濾波電路的輸出端； 顯示電路，該電路的輸入端接數(shù)據(jù)采集與處理電路的輸出端。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鉑熱電阻的雙恒定交流源激勵(lì)溫度測量裝置，其特征在于所述的正弦波發(fā)生電路為:集成電路UI的7腳接集成電路U2的6腳、6腳接集成電路U2的4腳并接地、4腳接集成電路U2的5腳、2腳接移相電路、I腳接3.3V電源、16腳通過電阻Rl I接3.3V電源、15腳接開關(guān)SI的一端、20腳接地，集成電路U2的I腳接集成電路U3的2腳、2腳接集成電路U 3的3腳并接地、3腳接地、1腳接集成電路U 3的6腳和電容C 5的一端、9腳和8腳接3.3V電源，集成電路U3的7腳接5V電源的正極、4腳接5V電源的負(fù)極，開關(guān)SI的另一端接地，電容C5的另一端接溫度傳感器及調(diào)理電路;集成電路Ul的型號為MSP430G2553、集成電路U2的型號為DAC7811、集成電路U3的型號為0P07。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鉑熱電阻的雙恒定交流源激勵(lì)溫度測量裝置，其特征在于所述的正弦恒流激勵(lì)電路為:集成電路U4的3腳接電容C5的另一端和集成電路U5的3腳、2腳接三極管BG2的發(fā)射極并通過電阻R8接地、7腳接電容Cl的一端并接5V電源的正極、4腳接電容C6的一端和5V電源的負(fù)極、6腳接三極管BGI的基極，集成電路U5的2腳接三極管BG4的發(fā)射極并通過電阻RlO接地、7腳接電容C13的一端和5V電源的正極、4腳接電容C15的一端和5V電源的負(fù)極、6腳接三極管BG3的基極，三極管BGl的集電極接差分放大電路和三極管BG2的集電極并接溫度傳感器及調(diào)理電路、發(fā)射極接三極管BG2的基極，三極管BG3的發(fā)射極接三極管BG4的基極、集電極接差分放大電路和三極管BG4的集電極并接溫度傳感器及調(diào)理電路，電容Cl、電容C6、電容C15、電容C13的另一端接地;集成電路U4、集成電路U5的型號為0P07o4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鉑熱電阻的雙恒定交流源激勵(lì)溫度測量裝置，其特征在于所述的溫度傳感器及調(diào)理電路為:熱電阻Rnl的一端接三極管BGl的集電極、另一端接5V電源的正極，可調(diào)電阻R9的一端接三極管BG3的集電極、另一端接5V電源的正極。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鉑熱電阻的雙恒定交流源激勵(lì)溫度測量裝置，其特征在于所述的差分放大電路為:集成電路U6的I腳接可調(diào)電阻R2的固定端、2腳接電容C12的一端和電容ClO的正極并通過電阻R7接地、3腳接電容C2的一端和電容C4的負(fù)極并通過電阻R3接地、4腳接電容C7的一端和5V電源的負(fù)極、8腳接可調(diào)電阻R2的可調(diào)端、7腳接5V電源正極、6腳接鎖相放大電路、5腳接地，電容C2的另一端和電容C4的正極接三極管BGl的集電極，電容C12的另一端和電容ClO的正極接三極管BG3的正極，電容C7的另一端接地;集成電路U6的型號為AD620。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鉑熱電阻的雙恒定交流源激勵(lì)溫度測量裝置，其特征在于所述的鎖相放大電路為:集成電路U7的I腳接集成電路U7的16腳、2腳接集成電路U6的6腳、8腳接電容C8的一端和5V電源的負(fù)極、10腳接地、20腳和19腳接集成電路U7的15腳、14腳接地、12腳通過電阻R4接低通濾波電路和電容Cl I的正極以及電容C9的一端，電容C8的另一端接地，電容C9的另一端接地、電容Cl I的負(fù)極接地;集成電路U7的型號為AD630。
【文檔編號】G01K7/20GK205679331SQ201620625709
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月22日 公開號201620625709.5, CN 201620625709, CN 205679331 U, CN 205679331U, CN-U-205679331, CN201620625709, CN201620625709.5, CN205679331 U, CN205679331U
【發(fā)明人】申淼, 張倩, 胡婷
【申請人】西安交通大學(xué)城市學(xué)院