专利名称：多通道热敏电阻温度——电压变换器的制作方法
技术领域：
一种新型的多通道热敏电阻温度－电压变换器，属于温度测量仪器技术领域。
目前，将温度传感器的信号进行零点调整和标度变换后输出标准温度－电压线性信号的变换器应用较为广泛，但是普遍存在的一个实际问题在于此类变换器多采用价格较贵的高性能测量放大器进行阻抗隔离和增益放大，为此，工业及其应用成本较高；另外，由于此类变换器的测量放大器零点校正与传感器的激励一般未采用同一基准源，所以传感器的激励源所产生的温度漂移势必造成温度－电压变换误差，直接影响了此类变换器的工作温度稳定性。
本设计的目的在于为提高温度－电压转换精度、简化仪器结构，降低制造及应用成本而提供一种新型的多通道热敏电阻温度－电压变换器。
本实用新型主要采用运算放大器温漂互补和单基准源的原理综合设计而成。
本设计方案任务及主要特征是由传感器、零温漂互补放大电路、传感器激励源、基准源以及用于调试的传感器等效网络四部分组成一种多通道温度电压变换器；它的传感器可采用热敏电阻组件或其它电压激励和电压输出类型的传感器；由两级运算放大器实现输入阻抗隔离及零温漂互补信号放大电路；本设计方案采用同一基准源来提供传感器激励电压和信号放大电路的零点调整电压(截距电压)，以实现该变换器的零输出温度漂移自补偿；在变换器的调校中采用等效电阻网络模拟热敏电阻组件，使调校工作可脱离标准温度槽进行。
本设计方案具有以下优点
1、不需用高性能放大器就可实现具有良好的温度漂移补偿的阻抗隔离、增益调整的信号放大功能；2、具有传感器的激励源温度漂移自补偿的良好功能；3、变换器的电路结构简单，便于集成多通道于同一芯片，可使其体积微型化；4、变换器调校简易、方便；5、由于其设计合理、结构简单，调校方便等，使其生产制造及其销售应用的成本大大降低，可广泛应用于温度、温差检测、温度控制、微机温度采集、工业仪表等多种领域。
说明书附
图1为该变换器单通道的电路结构示意图。附图2为热敏电阻组件的等效电阻网络示意图。现结合附图对本设计进一步详细说明并提供实施例。附图1中的热敏电阻组件温度传感器［1］具有Eo＝－Ein(MT－B)的电压输出特性，式中Eo为输出电压，Ein为激励电压、M为斜率常数，B为截距常数、T为摄氏温度值。该组件输出阻抗为1K欧姆至100K欧姆，R－T(阻抗－温度)特性为非线性的。传感器［1］的输出信号经取样电阻［3］接至零温漂互补信号放大电路［9］的反相输入端；零点调整电压(截距电压)由基准电压源［12］提供并经截距电压微调电阻［2］，从零温漂互补信号放大电路［9］的同相输入端输入，两个输入信号的差分电压经增益调整微调电阻［4］和增益调整固定电阻［5］标度校正后，从输出端OUT输出所需的温度标度电压，从而实现温度－电压变换。基准电压源［12］作为单通道温度－电压变换或其他多通道［15］变换的唯一基准源，可同时向传感器［1］提供激励电压和向信号放大电路提供零点调整电压。由于传感器［1］的信号输出电压与激励电压既基准电压源的输出电压成正比，零温漂互补信号放大电路［9］的零点调整电压也与基准电压源输出电压成正比，所以，基准电压源［12］由于温度变化所引起的输出基准电压漂移将引起传感器信号输出电压及信号放大电路零点调整电压同时成正比例的变化，这种变化在零输出时由信号放大电路差分后相抵消，由此形成变换器在零输出时基准电压源漂移所引起的输出漂移的自补偿。零温漂互补信号放大电路［9］的反相输入端是前级运算放大器［10］的同相输入端；前级运算放大器［10］的输出端与其本身的反相输入端相连接而形成运算放大器单位增益电路，从而实现单端阻抗隔离；前级运算放大器［10］的信号输出经阻抗匹配电阻A［6］、滤波电容［8］与后级运算放大器［11］的反相输入端相连接，从基准电压源［12］并经截距电压微调电阻［2］调整后取出的截距电压再经信号放大电路的同相输入端和阻抗匹配电阻B［7］以及滤波电容［8］连接后级运算放大器［11］的同相输入端。由于前级运算放大器［10］和后级运算放大器［11］具有相同的温度特性，并且封装在同一芯片中以及两个运算放大器的输入极性相反，前级运算放大器［10］的输出电压等于其输入电压，所以前级运算放大器［10］的输入温漂失调电压恰好补偿了后级运算放大器［11］的输入温漂失调电压，因此该变换器可实现零温漂互补的信号放大功能。为了简化生产过程、降低制造成本，在生产调校中采用等效电阻网络(参照附图2)模拟符合实际的电阻组件进行温度－电压变换的标定，电阻网络具有R2＝R1(B－MT)/(1－(B－MT))的关系。式中R1为定值电阻［13］的阻值。R2为电阻箱［14］的阻值。所以在调校中，对于任一温度T所相对应的热敏电阻组件的输出电压E。均可用改变电阻箱［14］的阻值的模拟方式而从等效电阻网络中取得。用等效电阻网络替代实际的热敏电阻组件以及必须的标准温度槽进行调校，大大简化了调校工艺和降低了生产成本。将数个零温漂互补信号放大电路所构成的多通道［15］和一个基准电压源［12］集成于同一个芯片中，既可构成低成本、高效能和微小体积的多通道温度－电压变换器。该变换器具有以下主要指标测温温区－50℃～300℃输出电压0～1V 0～5V 0～10V或按比例输出电源电压±12V(±10％)电压输出最大漂移0.1％(0℃～＋40℃)增益非线性误差0.01％FSR
权利要求1.一种采用热敏电阻组件测量传感器的温度-电压变换器，它包括有一个传感器[1]，零温漂互补放大电路[9]，基准电压源[12]，其特征在于所述的传感器[1]为一热敏电阻组件，所说的零温漂互补信号放大电路[9]是用封装在同一芯片中，温度特性相同的两个运算放大器[10]、[11]组成；由前级运算放大器[10]构成单位增益电路，由后级运算放大器[11]构成反相放大器电路；信号放大电路[9]的反相输入端为前级运算放大器[10]的同相输入端，前级运算放大器的输出端接后级运算放大器[11]的反相输入端，信号放大电路[9]的同相输入端为后级运算放大器的同相输入端，所说的传感器的信号从信号放大电路[9]的反相端输入。
2.根据权利要求1所述的变换器，其特征在于，所述的传感器［1］的激励电压和信号放大电路［9］的零点调整电压(截距电压)均取之于同一基准电压源［12］。
3.根据权利要求1所述的变换器，其特征在于，它还包括一个由一个定值电阻［13］和一个电阻箱［14］相串联，中间抽头引出形成三端的并且可以模拟传感器的等效电阻网络；用于校正热敏电阻组件。
专利摘要多通道热敏电阻温度——电压变换器，属于温度测量仪器技术领域。该设计方案采用运算放大器温漂互补和单基准源的原理，由传感器、零温漂互补放大电路、基准源、传感器等效网络四部分组成。应用这种变换器，不需用高性能测量放大器就可实现具有温漂补偿的阻抗隔离、增益调整的良好的信号放大功能，该变换器结构简单、调校方便、转换标度精度高，可广泛应用于温度、温差的检测、微机采集、控制以及工业仪表等多种领域。
文档编号G01K7/16GK2087335SQ90220589
公开日1991年10月23日 申请日期1990年9月6日 优先权日1990年9月6日
发明者王密, 张昭, 吴进争 申请人:中国科学院新疆物理研究所