一種三線制熱電阻測量電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種三線制熱電阻測量電路，包括：一恒流源與該三線制熱電阻連接的第一端子連接，用于為該三線制熱電阻提供激勵；一信號調(diào)理模塊的第一輸入端與該恒流源連接，該信號調(diào)理模塊的第二輸入端與該三線制熱電阻連接的第二端子連接，該信號調(diào)理模塊的第三輸入端連接一直流偏置電壓；該信號調(diào)理模塊的輸出端連接一放大電路的輸入端，該放大電路的輸出端連接一A/D采樣器，該A/D采樣器的電壓與該熱電阻的阻值成一線性關(guān)系。
【專利說明】-種三線制熱電阻測量電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高精度溫度測量【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種三線制熱電阻測量電 路。

【背景技術(shù)】
[0002] 高精度溫度測量是工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的一個重要課題。金屬鉬材料制成的熱電阻由于 其具有精度高、穩(wěn)定性、重現(xiàn)性和互換性好等特點，成為工業(yè)測溫系統(tǒng)中被廣泛使用的一種 比較理想的測溫元件。由于三線制熱電阻具有成本較低、接線比較方便、測量精度較高等特 點，是目前最常用的一種熱電阻接線方式。被廣泛應(yīng)用的三線制熱電阻的測量方法有不平 衡電橋法和雙恒流源法。
[0003] 如圖1所示為三線制不平衡電橋法測量原理圖。其中A、B、C為通過連接導(dǎo)線引出 的熱電阻的三個接線端子，Vr為基準(zhǔn)參考電壓，RU R2和R3為電橋的三個固定橋臂電阻， Rt為熱電阻在溫度為t°C時的阻值，r為三根截面積和長度都相等的連接導(dǎo)線的阻值，G為 測量電路。利用該方法，連接導(dǎo)線的電阻r將對測量結(jié)果產(chǎn)生很大的影響，該誤差在高精度 溫度測量應(yīng)用環(huán)境下是無法接受的。
[0004] 如圖2所示為三線制雙恒流源法測量原理圖。同樣，A、B、C為三個接線端子，Ia 和Ib為兩個電流相等的恒流源，r是連接導(dǎo)線的阻值，Rt為熱電阻在溫度為t°C時的阻值， G為測量電路。利用該方法雖然能夠消除導(dǎo)線阻值r對測量結(jié)果的影響，但是它的測量精度 是建立在兩個恒流源電流一致性很好的基礎(chǔ)上。實際應(yīng)用中，任何恒流源都會存在時間漂 移和溫度漂移，恒流源的一致性會受到影響，從而造成較大的測量誤差。
[0005] 中國專利200810036435. 6公開了一種熱電阻三線制、四線制復(fù)用測量溫度的方 法，該發(fā)明所公開的三線制熱電阻的測量方法不準(zhǔn)確，且完全沒有考慮到雙恒流源匹配精 度的問題。所以該方法聲稱可以用三線制熱電阻實現(xiàn)四線制熱電阻的采樣精度值得商榷。
[0006] 中國專利201110161316. 5公開了一種消減三線制熱電阻測量誤差的方法，該發(fā) 明公開的三線制熱電阻的測量方法，雖然能夠大幅消減雙恒流源匹配誤差對熱電阻采樣值 的影響，但是需要增加額外的控制電路，實現(xiàn)兩個恒流源與熱電阻連接關(guān)系的切換，增加測 量系統(tǒng)復(fù)雜性，不利于溫度的遠(yuǎn)程測量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種高精度三線制熱電阻測量電 路。
[0008] 為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明公開一種三線制熱電阻測量電路，包括：一恒流源 與該三線制熱電阻連接的第一端子連接，用于為該三線制熱電阻提供激勵；一信號調(diào)理模 塊的第一輸入端與該恒流源連接，該信號調(diào)理模塊的第二輸入端與該三線制熱電阻連接的 第二端子連接，該信號調(diào)理模塊的第三輸入端連接一直流偏置電壓；該信號調(diào)理模塊的輸 出端連接一放大電路的輸入端，該放大電路的輸出端連接一 A/D米樣器，該A/D米樣器的電 壓與該熱電阻的阻值成一線性關(guān)系。
[0009] 更進一步地，該三線制熱電阻的第三端子接地；該直流偏置電壓接地。
[0010] 更進一步地，所述信號調(diào)理模塊包括一放大電路，一加法電路以及一減法電路，所 述信號調(diào)理模塊的放大電路的輸入端與所述信號調(diào)理模塊的第二輸入端連接，所述信號調(diào) 理模塊的放大電路的輸出端與所述加法電路輸入端連接，所述加法電路的另一輸入端與所 述直流偏置電壓連接，所述加法電路輸出端與所述減法電路的輸入端連接，所述減法電路 的另一輸入端與所述信號調(diào)理模塊的第一輸入端連接，所述減法電路的輸出端與所述信號 調(diào)理模塊的輸出端連接。
[0011] 更進一步地，所述信號調(diào)理模塊的放大電路的放大倍數(shù)為2倍。
[0012] 更進一步地，所述信號調(diào)理模塊包括第一、第二、第三集成運算放大器和電阻RU R2、R3、R4 ;所述放大電路包括第四集成運算放大器和電阻R5、R6 ;所述第一集成運算放大 器的正輸入端與所述信號調(diào)理模塊的第一輸入端連接，輸出端與所述電阻R3連接；所述第 二集成運算放大器的正輸入端與所述信號調(diào)理模塊的第二輸入端連接，輸出端與所述電阻 Rl連接；所述第三集成運算放大器的正輸入端與所述電阻Rl、R2連接，其負(fù)輸入端與所述 電阻R3、R4連接，其輸出端與所述電阻R5連接，所述電阻R2與所述直流偏置電壓連接，所 述第四集成運算放大器的正輸入端接地，其負(fù)輸入端與所述電阻R5、R6連接，其輸出端與 所述A/D采樣器連接。
[0013] 更進一步地，所述R1=R4=R，R2=R3=2R，所述直流偏置電壓和由R5、R6組成的比例 放大系數(shù)根據(jù)溫度測量范圍以及所述A/D采樣器的測量量程決定。
[0014] 更進一步地，該第一、第二集成運算放大器為電壓跟隨器。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比較，現(xiàn)有技術(shù)對熱電阻的測量采用雙恒流源激勵，存在由雙恒流 源的不一致性造成的測量誤差；現(xiàn)有技術(shù)采用多路選擇開關(guān)(MUX)切換雙恒流源與熱電阻 的連接關(guān)系，前后測量兩次熱電阻，并計算平均值的方法，來解決雙恒流源不一致性造成的 測量誤差問題，額外增加控制電路的復(fù)雜性，不利于溫度的遠(yuǎn)程測量； 本發(fā)明提出的測量電路采用單恒流源作為熱電阻的激勵，避免了由雙恒流源的不一致 性造成的測量誤差，無需增加額外的控制電路，實現(xiàn)方法更簡單、應(yīng)用更靈活；本發(fā)明采用 適當(dāng)?shù)闹绷髌秒妷汉碗妷悍糯笙禂?shù)，可以滿量程利用采樣電路的采樣量程，進一步提高 溫度測量精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點與精神可以通過以下的發(fā)明詳述及所附圖式得到進一步的了 解。
[0017] 圖1是二線制不平衡電橋法測量原理圖； 圖2是三線制雙恒流源法測量原理圖； 圖3是本發(fā)明所涉及的高精度三線制熱電阻測量電路的原理圖； 圖4是本發(fā)明所涉及的高精度三線制熱電阻測量電路的線路結(jié)構(gòu)圖。

【具體實施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實施例。
[0019] 現(xiàn)有技術(shù)對熱電阻的測量采用雙恒流源激勵，存在由雙恒流源的不一致性造成的 測量誤差；現(xiàn)有技術(shù)采用多路選擇開關(guān)（MUX)切換雙恒流源與熱電阻的連接關(guān)系，前后測 量兩次熱電阻，并計算平均值的方法，來解決雙恒流源不一致性造成的測量誤差問題，額外 增加控制電路的復(fù)雜性，不利于溫度的遠(yuǎn)程測量。
[0020] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷，本發(fā)明所提供一種單恒流源作為熱電阻的激 勵的三線制熱電阻測量電路。圖3是本發(fā)明所涉及的高精度三線制熱電阻測量電路的原理 圖。如圖3中所示，A、B、C是通過連接導(dǎo)線引出的三線制熱電阻的三個接線端子；Rt是熱 電阻的阻值；r是三根截面積和長度都相等的連接導(dǎo)線的阻值；M是信號調(diào)理模塊，內(nèi)部包 括一放大電路Sl、加法電路S2及減法電路S3 ;Sl是放大倍數(shù)為2的放大電路；S2是加法電 路；S3是減法電路；S4是放大倍數(shù)為13的放大電路；Voff是高精度直流偏置電壓；VADC是 輸出電壓，供米樣電路米樣；ADC是A/D米樣器。
[0021] 高精度恒流源I輸出的電流激勵從熱電阻的接線端子A流入，經(jīng)過A端的r、熱電 阻Rt和C端的r后，從接線端子C流出，端子C接地；端子B接信號調(diào)理模塊M內(nèi)部放大電 路Sl的輸入端，Voff和Sl的輸出信號接M內(nèi)部加法電路S2的輸入端；端子A和S2的輸 出接M內(nèi)部減法電路S3的輸入端；S3的輸出信號通過放大倍數(shù)為13的放大電路S4后，將 放大后的信號VADC輸出至A/D采樣器ADC，供ADC采樣。
[0022] 本電路工作時，由集成運算放大器的特性可知，集成運放的輸入阻抗非常高(幾 十兆歐姆以上)，可以計算得出A端和B端的電壓：

【權(quán)利要求】
1. 一種H線制熱電阻測量電路，其特征在于，包括：一恒流源與所述H線制熱電阻連 接的第一端子連接，用于為所述H線制熱電阻提供激勵；一信號調(diào)理模塊的第一輸入端與 所述恒流源連接，所述信號調(diào)理模塊的第二輸入端與所述H線制熱電阻連接的第二端子連 接，所述信號調(diào)理模塊的第H輸入端連接一直流偏置電壓；所述信號調(diào)理模塊的輸出端連 接一放大電路的輸入端，所述放大電路的輸出端連接一 A/D采樣器，所述A/D采樣器的電壓 與所述熱電阻的阻值成一線性關(guān)系。
2. 如權(quán)利要求1所述的H線制熱電阻測量電路，其特征在于，所述H線制熱電阻的第 H端子接地；所述直流偏置電壓接地。
3. 如權(quán)利要求1所述的H線制熱電阻測量電路，其特征在于，所述信號調(diào)理模塊包括 一放大電路，一加法電路W及一減法電路，所述信號調(diào)理模塊的放大電路的輸入端與所述 信號調(diào)理模塊的第二輸入端連接，所述信號調(diào)理模塊的放大電路的輸出端與所述加法電路 輸入端連接，所述加法電路的另一輸入端與所述直流偏置電壓連接，所述加法電路輸出端 與所述減法電路的輸入端連接，所述減法電路的另一輸入端與所述信號調(diào)理模塊的第一輸 入端連接，所述減法電路的輸出端與所述信號調(diào)理模塊的輸出端連接。
4. 如權(quán)利要求3所述的H線制熱電阻測量電路，其特征在于，所述信號調(diào)理模塊的放 大電路的放大倍數(shù)為2倍。
5. 如權(quán)利要求1所述的H線制熱電阻測量電路，其特征在于，所述信號調(diào)理模塊包括 第一、第二、第H集成運算放大器和電阻1?1、1?2、1?3、1?4;所述放大電路包括第四集成運算放 大器和電阻R5、R6 ;所述第一集成運算放大器的正輸入端與所述信號調(diào)理模塊的第一輸入 端連接，輸出端與所述電阻R3連接；所述第二集成運算放大器的正輸入端與所述信號調(diào)理 模塊的第二輸入端連接，輸出端與所述電阻R1連接；所述第H集成運算放大器的正輸入端 與所述電阻R1、R2連接，其負(fù)輸入端與所述電阻R3、R4連接，其輸出端與所述電阻R5連接， 所述電阻R2與所述直流偏置電壓連接，所述第四集成運算放大器的正輸入端接地，其負(fù)輸 入端與所述電阻R5、R6連接，其輸出端與所述A/D采樣器連接。
6. 如權(quán)利要求5所述的H線制熱電阻測量電路，其特征在于，所述R1=R4=R，R2=R3=2R， 所述直流偏置電壓和由R5、R6組成的比例放大系數(shù)根據(jù)溫度測量范圍W及所述A/D采樣器 的測量量程決定。
7. 如權(quán)利要求5所述的H線制熱電阻測量電路，其特征在于，所述第一、第二集成運算 放大器為電壓跟隨器。
【文檔編號】G01K7/18GK104344908SQ201310331643
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年8月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月2日
【發(fā)明者】方欣 申請人:上海微電子裝備有限公司