一种新型温度传感器处理电路的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种新型温度传感器处理电路，包括由电阻R1～R4、运算放大器N1A、精密基准电压源N2连接成1mA的恒流源，给四线制铂电阻式温度传感器Pt供电；温度传感器Pt的输出端连接到由电容C1～C4、电阻R5～R8、运算放大器N1D组成的前置差分放大器；由电阻R9、可调电位器R10、电阻R11～R16、运算放大器N1B组成的差分放大调零电路；由可调电位器R17、电阻R18～R20、运算放大器N1C组成的同相比例放大器；由电阻R21、电压调整二极管V1、运算放大器N3组成的限幅放大器。采用差分放大器进行信号放大处理，可以有效消除温度传感器因引线太长而附加电阻影响测量精度问题，提高了测量精度。
【专利说明】
一种新型温度传感器处理电路
技术领域
[0001] 本发明属于电子电路设计技术，涉及基于温度信号调理技术，特别涉及四线制铂 电阻式温度传感器信号处理电路。
【背景技术】
[0002] 温度测量在工业领域应用十分广泛，如何准确测量温度参数，除了选用高性能的 温度传感器外，其关键还在于温度信号处理电路的设计。传统的温度信号处理电路是由单 个运算放大器组成的同相或反相放大器，这种类型的放大器不能消除温度传感器引出线所 附加的电阻。由于铂电阻式温度传感器每敏感到1°C温度变化时，对应的电阻值变化量仅为 0.38 Ω，因而引出线附加电阻的存在对测量结果的影响较大。同时，为了使得经过处理后的 温度信号能够适应后续CPU芯片采取电平要求，并保证在温度传感器开路或短路时，信号处 理电路的输出不会超出CPU芯片A/D采样电压最大值。为此，必须设计能够有效消除温度传 感器引出线附加电阻的信号处理电路，并对输出信号幅值进行一定的限制。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是:针对现有温度信号处理电路存在的种种问题，本发明提出一种 满足四线制铂电阻式温度传感器的温度信号处理电路。
[0004] 本发明采取的技术方案是:一种新型温度传感器处理电路，包括由电阻R1~R4、运 算放大器N1A、精密基准电压源N2连接成1mA的恒流源，给四线制铂电阻式温度传感器Pt供 电；温度传感器Pt的输出端连接到由电容C1~C4、电阻R5~R8、运算放大器N1D组成的前置 差分放大器；由电阻R9、可调电位器R10、电阻Rl 1~R16、运算放大器N1B组成的差分放大调 零电路；由可调电位器R17、电阻R18~R20、运算放大器NIC组成的同相比例放大器；由电阻 R21、电压调整二极管VI、运算放大器N3组成的限幅放大器。
[0005] 上述恒流源、前置差分放大器、差分放大调零电路、同相比例放大器、限幅放大器 的连接关系为:运算放大器N1A的输入正端通过电阻R2与精密基准电压源N2的负极相连，运 算放大器N1A的输入负端通过电阻R3与精密基准电压源N2的正极、温度传感器Pt的供电正 端相连，运算放大器N1A的输出端通过电阻R1与精密基准电压源N2的负极相连，运算放大器 N1A的输出端与输入负端之间跨接电阻R4;
[0006] 温度传感器Pt的供电负端连接至地线，温度传感器Pt的输出正端通过电阻R7与运 算放大器N1D输入正端相连，温度传感器Pt的输出正端与电阻R7之间通过并联电容C3、电容 C4接地，且电容C3负极接地，电阻R7与运算放大器N1D输入正端之间通过电阻R8接地，温度 传感器Pt的输出负端通过电阻R6与运算放大器N1D输入负端相连，温度传感器Pt的输出负 端与电阻R6之间通过并联电容C1、电容C2接地，且电容C1负极接地；
[0007] 运算放大器N1D的输出端与输入负端之间跨接电阻R5;
[0008] 运算放大器N1B输入正端通过电阻R15与运算放大器N1D的输出端相连，且在电阻 R15与运算放大器N1B之间通过电阻R16接地，运算放大器N1B输入负端通过电阻R14连接至 一个分压器的取样点，在分压器中，上分压电阻为R9,且电阻R9另一端接至+5V基准电压 VrefA，下分压电阻由R12与可调电位器R10并联后再与电阻R11串联后形成，且电阻R11的一 端接地，在运算放大器N1B的输入负端与输出端之间跨接电阻R13,运算放大器N1B的输出端 通过电阻R18连接到运算放大器NIC的输入正端；
[0009] 运算放大器NIC的输入负端通过电阻R19与可调电位器R17串联后接地，在运算放 大器NIC的输入负端与输出端之间跨接电阻R20,运算放大器NIC的输出端通过电阻R21与运 算放大器N3A的输入正端相连；
[0010] 运算放大器N3A的输入负端与输出端相连，运算放大器N3A的输出端通过电压调整 二极管VI接地，且电压调整二极管VI正极接地，运算放大器N3的电源正端与+5V相连，运算 放大器N3A的电源负端接地。
[0011] 本发明的优点是:采用差分放大器进行信号放大处理，可以有效消除温度传感器 因引线太长而附加电阻影响测量精度问题，提高了测量精度。
【附图说明】
[0012] 图1是本发明的电路原理图。
【具体实施方式】
[0013] 下面结合说明书附图对本发明作进一步详细描述。
[0014] (1)运算放大器N1A的输入正端通过电阻R2与精密基准电压源N2的负极相连，运算 放大器N1A的输入负端通过电阻R3与精密基准电压源N2的正极、温度传感器Pt的供电正端 相连，运算放大器N1A的输出端通过电阻R1与精密基准电压源N2的负极相连，运算放大器 N1A的输出端与输入负端之间跨接电阻R4;
[0015] (2)温度传感器Pt的供电负端连接至地线，温度传感器Pt的输出正端通过电阻R7 与运算放大器N1D输入正端相连，温度传感器Pt的输出正端与电阻R7之间通过并联电容C3、 电容C4接地，且电容C3负极接地，电阻R7与运算放大器N1D输入正端之间通过电阻R8接地， 温度传感器Pt的输出负端通过电阻R6与运算放大器N1D输入负端相连，温度传感器Pt的输 出负端与电阻R6之间通过并联电容C1、电容C2接地，且电容C1负极接地；
[0016] (3)运算放大器N1D的输出端与输入负端之间跨接电阻R5;
[0017] (4)运算放大器N1B输入正端通过电阻R15与运算放大器N1D的输出端相连，且在电 阻R15与运算放大器N1B之间通过电阻R16接地，运算放大器N1B输入负端通过电阻R14连接 至一个分压器的取样点，在分压器中，上分压电阻为R9,且电阻R9另一端接至+5V基准电压 VrefA，下分压电阻由R12与可调电位器R10并联后再与电阻R11串联后形成，且电阻R11的一 端接地，在运算放大器N1B的输入负端与输出端之间跨接电阻R13,运算放大器N1B的输出端 通过电阻R18连接到运算放大器NIC的输入正端；
[0018] (5)运算放大器NIC的输入负端通过电阻R19与可调电位器R17串联后接地，在运算 放大器NIC的输入负端与输出端之间跨接电阻R20,运算放大器NIC的输出端通过电阻R21与 运算放大器N3A的输入正端相连；
[0019] (6)运算放大器N3A的输入负端与输出端相连，运算放大器N3A的输出端通过电压 调整二极管VI接地，且电压调整二极管VI正极接地，运算放大器N3的电源正端与+5V相连， 运算放大器N3A的电源负端接地。
[0020] 信号处理电路采用四级进行信号处理。第一级是前置差分放大器，首先对温度传 感器输出的小信号进行预放大;第二极为专用调零电路，对温度传感器的输出信号进行调 零处理;第三极为幅度调整放大电路，用于将温度传感器输出的信号放大调节到所需范围； 第四极为限幅放大器，用于对传感器开路和断路时，前端信号处理电路的输出信号进行限 幅，保证后续DSP芯片进行正常A/D采样，并对DSP芯片进行保护。由于信号处理电路中的调 零环节和输出信号幅度调整环节为两个独立的电路，所以在实际中，电路调试十分方便。
[0021] 本实施通过调整电路中的可调电位器R10,可调节信号电路的信号输出零信号值。 调整可调电位器R17,可调节温度传感器满量程输出信号幅值，以便满足后续DSP处理芯片 进行A/D采样要求。
[0022] 实施例1:元件的选型参数如下表1:
[0023] 表1元件选型参数
[0024]
[0025] 恒流源输出1mA的电流Ιο给温度传感器供电；
[0026] 温度传感器两端取样电压为= XRt;
[0027] 前置差分放大器输出电压为:V2 = R5/R6 X Vi;
[0028] 差分调零放大器输出电压为:V3 = R16/R15 X (V2-Vo)，其中Vo为调零电压；
[0029] 同相比例放大器输出电压为:V4 = [ 1 +R2q/ (Ri9+Rn) ] X V3;
[0030] 电压跟随器输出电压:V5 = V4。
[0031]技术效果:本发明采用差分放大器进行信号放大处理，可以有效消除温度传感器 因引线太长而附加电阻影响测量精度问题，提高了测量精度。在电路末端设计的限幅放大 器可以使得温度传感器出现开路、断路损坏时，信号处理电路输出的信号幅值不会超出 3.3V电压范围，保证了后续DSP芯片的A/D采样通道的正常采样，也能对DSP起到保护作用。
【主权项】
1. 一种新型温度传感器处理电路，其特征在于:包括由电阻R1~R4、运算放大器N1A、精 密基准电压源N2连接成1mA的恒流源，给四线制铂电阻式温度传感器Pt供电；温度传感器Pt 的输出端连接到由电容Cl~C4、电阻R5~R8、运算放大器N1D组成的前置差分放大器；由电 阻R9、可调电位器R10、电阻R11~R16、运算放大器N1B组成的差分放大调零电路；由可调电 位器R17、电阻R18~R20、运算放大器NIC组成的同相比例放大器；由电阻R21、电压调整二极 管VI、运算放大器N3组成的限幅放大器。2. 根据权利要求1所述的新型温度传感器处理电路，其特征在于:恒流源、前置差分放 大器、差分放大调零电路、同相比例放大器、限幅放大器的连接关系为:运算放大器N1A的输 入正端通过电阻R2与精密基准电压源N2的负极相连，运算放大器N1A的输入负端通过电阻 R3与精密基准电压源N2的正极、温度传感器Pt的供电正端相连，运算放大器N1A的输出端通 过电阻R1与精密基准电压源N2的负极相连，运算放大器N1A的输出端与输入负端之间跨接 电阻R4; 温度传感器Pt的供电负端连接至地线，温度传感器Pt的输出正端通过电阻R7与运算放 大器N1D输入正端相连，温度传感器Pt的输出正端与电阻R7之间通过并联电容C3、电容C4接 地，且电容C3负极接地，电阻R7与运算放大器N1D输入正端之间通过电阻R8接地，温度传感 器Pt的输出负端通过电阻R6与运算放大器N1D输入负端相连，温度传感器Pt的输出负端与 电阻R6之间通过并联电容C1、电容C2接地，且电容C1负极接地； 运算放大器N1D的输出端与输入负端之间跨接电阻R5; 运算放大器N1B输入正端通过电阻R15与运算放大器N1D的输出端相连，且在电阻R15与 运算放大器N1B之间通过电阻R16接地，运算放大器N1B输入负端通过电阻R14连接至一个分 压器的取样点，在分压器中，上分压电阻为R9,且电阻R9另一端接至+5V基准电压VrefA，下 分压电阻由R12与可调电位器R10并联后再与电阻R11串联后形成，且电阻R11的一端接地， 在运算放大器N1B的输入负端与输出端之间跨接电阻R13,运算放大器N1B的输出端通过电 阻R18连接到运算放大器NIC的输入正端； 运算放大器NIC的输入负端通过电阻R19与可调电位器R17串联后接地，在运算放大器 NIC的输入负端与输出端之间跨接电阻R20,运算放大器NIC的输出端通过电阻R21与运算放 大器N3A的输入正端相连； 运算放大器N3A的输入负端与输出端相连，运算放大器N3A的输出端通过电压调整二极 管VI接地，且电压调整二极管VI正极接地，运算放大器N3的电源正端与+5V相连，运算放大 器N3A的电源负端接地。
【文档编号】G01K7/20GK105973497SQ201610296821
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月6日
【发明人】彭泽友, 黄强
【申请人】武汉航空仪表有限责任公司