專利名稱:一種熱電阻測溫裝置的制作方法
技術領域:
本實用新型涉及一種熱電阻測溫裝置,用于測量各種環(huán)境下,尤其是工業(yè)環(huán)境下的現(xiàn)場溫度。
背景技術:
熱電阻是把溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值變化的一次元件,通常需要把電阻兩端產(chǎn)生的電信號通過引線傳遞到計算機控制裝置或者其它一次儀表上,但是由于工業(yè)用熱電阻都安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場,其與控制室之間存在一定的距離,因此熱電阻的引線對測量結果會有較大的影響。測溫裝置通常使用PtlOO鉬熱電阻作為測溫 電阻,它具有精度高、測溫范圍寬、使用方便等優(yōu)點,在工業(yè)過程控制和測量系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。利用熱電阻測溫時,熱電阻接入電路的方式有三種,其中,2線制的電流回路和電壓測量回路合二為1,精度差;3線制的電流回路的參考位和電壓測量回路的參考位為一條線,如果合理設計測量電路,可以達到很高的精度;4線制的電流回路和電壓測量回路獨立分開,精度高,但費線。目前常用的熱電阻測溫裝置,每種接線方式都對應不同的數(shù)據(jù)處理電路,導致裝置的結構復雜,使用不便。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型要解決的技術問題是提供一種結構簡單、操作容易且測量精度高的熱電阻測溫裝置,可以根據(jù)實際應用情況,選擇以上任一種方式接線,實現(xiàn)現(xiàn)場溫度測量。為解決上述技術問題,本實用新型所采取的技術方案是一種熱電阻測溫裝置,其關鍵在于包括熱電阻,電源電路、恒流源電路和由電壓放大電路、模擬濾波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機控制電路組成的數(shù)據(jù)處理電路以及通信接口電路;所述電源電路的輸出端分別接其他電路模塊的相應電源端,所述恒流源電路的輸出端接熱電阻的電流輸入端,熱電阻兩端輸出的電壓信號接在電壓放大電路的兩個輸入端,電壓放大電路的輸出端依次經(jīng)模擬濾波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路接單片機控制電路的輸入端,單片機控制電路與通信接口電路雙向連接。上述熱電阻為PtlOO鉬熱電阻。采用上述技術方案所產(chǎn)生的有益效果在于本實用新型采用鉬熱電阻PtlOO用于現(xiàn)場溫度的測量,測溫范圍0-400°C。本實用新型結構簡單、操作容易且測量精度高,具有如下特點(I)本實用新型采用相同的數(shù)據(jù)處理電路,不需要任何軟件和硬件的額外設置,可以根據(jù)實際應用情況,實現(xiàn)2、3、4線制的鉬電阻測溫;其中,2線的接線方式用于對溫度測量要求較低的場合,3線和4線制都可以實現(xiàn)較高精度的測量;(2)本實用新型選用STC11F04E系列高速超強抗干擾低功耗單片機,自帶EEPROM ;并且采用標準MODBUS通信協(xié)議,可直接與上位計算機的工業(yè)組態(tài)軟件通信;(3)采用AD621集成儀表放大器,實現(xiàn)信號的精密放大和差分到單端的轉(zhuǎn)換,同時避免了多運放構成的儀表放大器參數(shù)難以匹配的問題;(4)模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用12位的A/D轉(zhuǎn)換芯片ADS1286,最小可以分辨出0. 165°C的溫度變化,若實際應用中對溫度的分辨率要求不高,可以采用與其引腳完全兼容的10位A/D轉(zhuǎn)換芯片實現(xiàn)TLC1549替換或8位A/D轉(zhuǎn)換芯片TLC549替換,而電路不需做任何改動。
圖I是本實用新型的原理方框圖;圖2是本實用新型的 電源電路的電路原理圖;圖3是本實用新型的恒流源電路的電路原理圖;圖4是本實用新型的數(shù)據(jù)處理及通信接口電路的電路原理圖;圖5是本實用新型的2線制測溫接線示意圖;圖6是本實用新型的3線制測溫接線示意圖;圖7是本實用新型的4線制測溫接線示意圖;圖中,I、電源電路,2、恒流源電路,3、數(shù)據(jù)處理電路,3-1、電壓放大電路,3-2、模擬濾波電路,3-3、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路,3-4、單片機控制電路,4、通信接口電路;Ul、單片機,U2、基準電壓源,U3、儀表放大器,U4、運算放大器,U5、模數(shù)轉(zhuǎn)換器,U6-U7、三端可調(diào)式恒流源,U8、第一穩(wěn)壓器,U9、第二穩(wěn)壓器,U10、電壓反轉(zhuǎn)器,U11-U13、第一至第三光電稱合器,U14、485通信接口芯片,U15、電源隔離模塊。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細的說明。如圖I所示為本實用新型的原理方框圖。本實用新型包括熱電阻Rt,電源電路I、恒流源電路2和由電壓放大電路3-1、模擬濾波電路3-2、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3-3、單片機控制電路3-4組成的數(shù)據(jù)處理電路3以及通信接口電路4 ;所述電源電路I的輸出端分別接其他電路模塊的相應電源端,所述恒流源電路2的輸出端接熱電阻Rt的電流輸入端,熱電阻Rt兩端輸出的電壓信號接在電壓放大電路3-1的兩個輸入端,電壓放大電路3-1的輸出端依次經(jīng)模擬濾波電路3-2、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3-3接單片機控制電路3-4的輸入端,單片機控制電路3-4與通信接口電路4雙向連接。本實用新型采用鉬熱電阻PtlOO用于現(xiàn)場溫度的測量,測溫范圍0-400°C。如圖2所示為本實用新型的電源電路的電路原理圖。電源電路I由第一穩(wěn)壓器U8、電壓反轉(zhuǎn)器U10、第二穩(wěn)壓器U9、保護二極管D3、D4、發(fā)光二極管D8、磁珠LI、電容C9-C12和電阻R18組成;外接直流電源的正極+Vs經(jīng)保護二極管D3后為電壓+Vcc,電壓+Vcc分別接第一穩(wěn)壓器U8和第二穩(wěn)壓器U9的輸入端I腳,第二穩(wěn)壓器U9的2腳經(jīng)保護二極管D4接外接直流電源的負極;第一穩(wěn)壓器U8的輸出端3腳為+9V電壓,電容C9接在第一穩(wěn)壓器U8的輸出端3腳與地之間;電壓反轉(zhuǎn)器UlO的輸入端8腳接第一穩(wěn)壓器U8的輸出端3腳,電壓反轉(zhuǎn)器UlO的輸出端5腳為-9V電壓,電容C12接在電壓反轉(zhuǎn)器UlO的輸出端5腳與地之間,電容Cll接在電壓反轉(zhuǎn)器UlO的2腳與4腳之間;第二穩(wěn)壓器U9的輸出端3腳為+5V電壓,電容ClO接在第二穩(wěn)壓器U9的輸出端3腳與地之間,第二穩(wěn)壓器U9的輸出端3腳經(jīng)磁珠LI后輸出為模擬+5VA電壓,電阻R18與發(fā)光二極管D8串聯(lián)后接在模擬+5VA電壓與地之間。本實用新型采用12-24V的外接直流電源供電,保護二極管D3和D4的作用是為了防止電源接反而損壞芯片;第一穩(wěn)壓器U8采用MC7809首先得到+9V電壓,再利用電壓反轉(zhuǎn)器ICL7660將+9V電壓變換為-9V電壓,這樣得到±9V的對稱電源,該對稱電源為濾波電路中的集成運放和儀表放大器AD621供電;同時經(jīng)第二穩(wěn)壓器MC7805得到+5V電壓,為5V的數(shù)字電路供電,該+5V電壓再經(jīng)磁珠LI得到的電壓+5VA為模擬電路供電,使用磁珠LI實現(xiàn)模擬和數(shù)字電源的隔離。設計電路板時應將模擬地和數(shù)字地在單點連接到一起。如圖3所示為本實用新型的恒流源電路的電路原 理圖。恒流源電路2為由兩個三端可調(diào)式恒流源U6、U7、電阻R1、R2、R5、R6和二極管D1、D2組成的具有溫度補償?shù)暮懔髟?,其輸出的恒定電流分別為+1、_1。三端可調(diào)集成恒流源U6、U7是由美國國家半導體公司生產(chǎn)LM334,產(chǎn)生200 u A的恒定電流。不同的接線方式以及兩個恒流源的使用情況如圖5-圖7所示。如圖5-圖7所示分別為本實用新型的2線制、3線制、以及4線制測溫接線示意圖。圖中,Rt表示PtlOO鉬熱電阻,弧線均為裝置端子間的短接導線,rl-r4均為導線電阻,由于各段長導線等長,所以有rl=r2=r3=r4=r。圖5的2線制測溫中,鉬熱電阻接在測溫裝置遠端,由恒流源+I流出的200 U A電流經(jīng)+V端后,經(jīng)電阻為rl的長導線流入鉬熱電阻,從電阻為r2的長導線流出,最后流回模擬地AGND,+V和-V分別輸入儀表放大器U3的正反輸入端。由圖5的電路可知,實際輸入儀表放大器U3兩端的電壓U=I (rl+Rt+r2),由于鉬熱電阻的阻值較小,因此導線電阻無法忽略,此方法由于導線電壓的存在會有較大誤差,除非導線足夠短使rl和r2非常小,但這也只能盡量減小誤差,不能從根本上消除導線電阻影響,而且在很多場合縮短導線長度是不現(xiàn)實的。圖6的3線制測溫中,使用了兩個恒流源+I和-I,這兩個電流源的電流方向均為流出。鉬熱電阻接在測溫裝置遠端,由恒流源+I流出的200 PA電流過+V端后,經(jīng)電阻為rl的長導線流入鉬熱電阻,rl和Rt中的電流均為I (200 iiA);由恒流源-I流出的200U A電流過-V端后,經(jīng)電阻為r2的長導線在鉬熱電阻的下端和+I流出的電流匯合,根據(jù)基爾霍夫電流定律易知,流過導線電阻r3的電流為+I和-I之和,即400 u A0根據(jù)rl=r2=r3=r4=r,得如下等式+V = I* (rl+Rt) +2I*r3 = I* Rt+3I*r ;-V = I* r2+2I* r3 = 3I*r ;以上兩式相減,可得儀表放大器U3正反輸入端的電壓差為U= I* Rt,此即鉬熱電阻兩端的電壓,由單片機測出此電壓,因為I已知,即可得到當前鉬熱電阻的阻值Rt,將Rt的值帶入公式Rt = R0*(l+A*t+B*t2),即可得溫度t。上式中,RO為0 °C時鉬熱電阻的電阻值;RtSt 1時鉬熱電阻的電阻值。式中的常數(shù)A、B分別為A= 3.908 02X 10 3,B=-5. 801 95X10_7,對于不同型號或材料的熱電阻,這兩個參數(shù)的數(shù)值是不一樣的。圖7的4線制測溫中,只使用了一個恒流源+1,導線r3和r4直接接到儀表放大器U3的兩個輸入端,由于儀表放大器U3的輸入阻抗很大,因此導線r3和r4上電流為0,由圖7可知恒流源+I流出的電流I經(jīng)rl流入Rt,再經(jīng)r2流回模擬地,儀表放大器U3兩端的電壓為U=I*Rt,此即鉬熱電阻兩端電壓。由此可見3線制和4線制雖然接法不同,但實際輸入放大器的電壓關系式是一樣的,因此4線制的數(shù)據(jù)處理方法同上述3線制處理方法。如圖4所示為本實用新型的數(shù)據(jù)處理及通信接口電路的電路原理圖;其中,數(shù)據(jù)處理電路3由電壓放大電路3-1、模擬濾波電路3-2、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3-3和單片機控制電路3-4組成。圖4中,電壓放大電路3-1是由儀表放大器U3、電阻RIO、Rll和電容C5-C7組成的帶抑制射頻干擾的電壓放大電路;熱電阻Rt兩端產(chǎn)生的電壓+V、-V分別經(jīng)電阻R10、R11接儀表放大器U3的同向輸入端3腳、反向輸入端2腳,電容C6接在儀表放大器U3的同向輸入端3腳與地之間,電容C7接在儀表放大器U3的反向輸入端2腳與地之間,電容C5接在儀表放大器U3的同向輸入端3腳與反向輸入端2腳之間;儀表放大器U3的增益電阻端I腳與8腳并接,儀表放大器U3的電源端7腳 、4腳分別接+9V電壓、-9V電壓。本實用新型用來測量0_400°C的溫度,由PtlOO分度表可知在400攝氏度時其對應阻值約250 Q,采用200 ii A的恒定電流流過Pt 100,可知熱電阻PtlOO兩端的電壓上限約是250 Q *200 u A=50mV,放大100倍可得到5V輸出。儀表放大器U3采用AD621儀表放大芯片,是一款易于使用、低成本、低功耗、高精度儀表放大器,適合眾多應用領域。它融高性能、小尺寸和低功耗于一體,優(yōu)于分立式運放設計。利用內(nèi)部增益設置電阻,可實現(xiàn)高效能、低增益誤差和低增益漂移誤差。通過外部引腳搭接則可設置固定增益10和100,本實用新型采用AD621集成儀表放大器實現(xiàn)信號的精密放大和差分到單端的轉(zhuǎn)換,同時避免了多運放構成的儀表放大器參數(shù)難以匹配的問題;將I和8腳短接,即可實現(xiàn)放大100倍;另外AD621供電電壓范圍寬,可在±2. 3V-±18V范圍內(nèi)實用,本實用新型采用圖示的正負9V雙電源供電。圖4中,模擬濾波電路3-2為由運算放大器U4、電阻R12、R13、電容C1、C2組成的2階有源巴特沃茲低通濾波器;儀表放大器U3的輸出端6腳依次經(jīng)電阻R12、R13接運算放大器U4的同向輸入端3腳,運算放大器U4的反向輸入端2腳接其輸出端6腳,運算放大器U4的輸出端6腳經(jīng)電容Cl接電阻R12與電阻R13的節(jié)點,運算放大器U4的電源端7腳、4腳分別接+9V電壓、-9V電壓,電容C2接在運算放大器U4的同向輸入端3腳與地之間。經(jīng)前端儀表放大器AD621放大后的信號需要送入濾波器進行抗混疊濾波。本實用新型采用0P07構成的有源低通濾波器進行抗混疊濾波,同時抑制高頻噪聲。0P07芯片是一種低噪聲,非斬波穩(wěn)零的雙極性運算放大器集成電路,由于它具有非常低的輸入失調(diào)電壓,所以0P07在很多應用場合不需要額外的調(diào)零措施。0P07同時具有輸入偏置電流低(0P07A為±2nA)和開環(huán)增益高(對于0P07A為300V/mV)的特點,這種低失調(diào)、高開環(huán)增益的特性使得0P07特別適用于高增益的測量設備和放大傳感器的微弱信號等方面。巴特沃茲濾波器是一種幅度響應極為平坦的濾波器,通帶和阻帶中均無紋波,可以保持精確的信號電平,很適于做數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換中的抗混疊濾波器。本實用新型使用2階有源巴特沃茲低通濾波器,它采用Sallen-Key拓撲結構,可提供巴特沃茲響應,Sallen-Key拓撲結構也稱為電壓控制電壓源(VCVS)結構,其設計簡單,電路元件少,在業(yè)界廣為使用。圖4中,模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3-3由模數(shù)轉(zhuǎn)換器U5、基準電壓源U2、電阻R3和電位器R4組成;運算放大器U4的輸出端6腳接模數(shù)轉(zhuǎn)換器U5的輸入端2腳,模數(shù)轉(zhuǎn)換器U5的電源端8腳接模擬+5VA電壓;模數(shù)轉(zhuǎn)換器U5的3腳與4腳并接后接地;基準電壓源U2的3腳、4腳分別接電壓+Vcc、地,電阻R3接在電壓+Vcc與基準電壓源U2的I腳之間,電位器R4接在基準電壓源U2的I腳與地之間,基準電壓源U2的2腳接地,電位器R4的動臂接模數(shù)轉(zhuǎn)換器U5的參考電壓端I腳。PtlOO鉬熱電阻在0_400°C范圍內(nèi),溫度每變化1°C,其阻值變化平均約0. 37 Q,因此,流過200iiA的恒定電流會產(chǎn)生電壓0.074mV,放大100倍后的電壓為7. 4mV。本實用新型采用12位的A/D轉(zhuǎn)換芯片ADS1286,采用5V電壓基準時,分辨率為5V/4096=1. 22mV,最小可以分辨出1.22/7.4=0. 165°C的溫度變化。若實際應用中對溫度的分辨率要求不高,可以采用與其引腳完全兼容的10位A/D轉(zhuǎn)換芯片實現(xiàn)TLC1549替換或8位A/D轉(zhuǎn)換芯片TLC549替換,而電路不需做任何改動。要實現(xiàn)精確的測量,模數(shù)轉(zhuǎn)換器U5的參考電壓端必須選用高精度的基準電壓源,本實用新型采用精密基準電壓源芯片LM399得到5V的A/D轉(zhuǎn)換電壓基準,由于LM399內(nèi)部采用了次表面隱埋技術做成的新型穩(wěn) 壓管,具有極低的電壓溫度系數(shù),低至0.3X10_6/°C,只相當于一般基準電壓源的十分之一,也是其它基準電壓源難以達到的。圖4中,單片機控制電路3-4由單片機U1、電源隔離模塊U15、晶振Y1、電容C3、C4、C8和電阻R17組成;電源隔離模塊U15的輸入端2腳接+5V電壓,電源隔離模塊U15的I腳、3腳、4腳分別為DGND、V485、GND485 ;晶振Yl接在單片機Ul的4、5腳之間,電容C3接在單片機Ul的4腳與DGND之間,電容C4接在單片機Ul的5腳與DGND之間,電阻R17接在單片機Ul的I腳與DGND之間,單片機Ul的I腳經(jīng)電容C8接+5V電壓;所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器U5的5-7腳分別接單片機Ul的12-14腳。本實用新型采用高速超強抗干擾系列單片機STC11F04E作為裝置的控制核心,實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸。其具有IKB的EEPR0M,可以實現(xiàn)模塊參數(shù)的記憶存儲功能,即模塊上電后可以讀出上次設置的參數(shù),并按此參數(shù)工作;并且采用標準MODBUS通信協(xié)議,可直接與上位計算機的工業(yè)組態(tài)軟件通信。單片機程序包括了熱電阻電壓采集程序、數(shù)字濾波程序、數(shù)據(jù)處理程序、MODBUS通信程序、EEPROM讀寫控制程序,可以按照MODBUS協(xié)議與上位計算機監(jiān)控程序通過RS485接口進行通信,并將處理后的溫度數(shù)據(jù)上傳,同時還可以通過上位機測試軟件實現(xiàn)對模塊通信參數(shù)的修改。本實用新型可以和LabVIEW、VB、VC或組態(tài)軟件編寫監(jiān)控程序通信并直接顯示溫度。圖4中,通信接口電路4由485通信接口芯片U14、第一至第三光電耦合器U11-U13、TVS 管 D5-D7、電阻 R7-R9、R14-R16、R19-R23 和接口 Jl 組成;單片機 Ul 的 7 腳、3腳分別接第一光電稱合器U11、第三光電稱合器U13的輸入端2腳,第一光電稱合器U11、第三光電耦合器U13的輸入端I腳分別經(jīng)電阻R7、電阻R9接+5V電壓,第一至第三光電耦合器U11-U13的3腳分別接地,第一光電稱合器UlI、第三光電稱合器U13的輸出端4腳分別接485通信接口芯片U14的2腳、4腳,電阻R20接在第一光電耦合器Ull的輸出端4腳與V485之間,電阻R21接在第三光電耦合器U13的輸出端4腳與V485之間;所述485通信接口芯片U14的I腳接第二光電稱合器U12的輸入端2腳,第二光電稱合器U12的輸入端I腳經(jīng)電阻R8接V485,第二光電耦合器U12的輸出端4腳接單片機Ul的2腳,電阻R19接在第二光電耦合器U12的輸出端4腳與+5V電壓之間;485通信接口芯片U14的3腳與2腳并接,485通信接口芯片U14的8腳、5腳分別接+5V電壓、地,485通信接口芯片U14的6、7腳分別經(jīng)電阻R23、電阻R22后輸出為信號端DATA+、DATA-,信號端DATA+、DATA-分別經(jīng)TVS管D7、TVS管D5接GND485, TVS管D6接在信號端DATA+與DATA-之間;接口 Jl的I、2腳分別接信號端DATA+、DATA-;電阻R14接在485通信接口芯片U14的I腳與GND485之間,電阻R16接在485通信接口芯片U9的6腳與V485之間,電阻R15接在485通信接口芯片U14的6腳與7腳之間。本實用新型采用IW的DC-DC隔離電源模塊B0505S實現(xiàn)485芯片光隔離通信電路中光耦兩端電源的隔離,其輸入電壓5V,輸出電壓5V ;單片機的標準串行口 RXD和TXD分別通過光電耦合器TLP521-1連接到MAX485芯片的RO引腳和DI引腳。由單片機輸出的D/R信號控制MAX485芯片的發(fā)送/接收使能D/R信號為“1”,則MAX485芯片的發(fā)送器有效,接收器禁止,此時單片機可以向RS-485總線發(fā)送數(shù)據(jù);D/R信號為“0”,則MAX485芯片的發(fā)送器禁止,接收器 有效,此時單片機可以接收來自RS-485總線的數(shù)據(jù)。此電路中,任一時刻MAX485芯片中的“接收器”和“發(fā)送器”只能夠有I個處于工作狀態(tài)。連接至A引腳的上拉電阻R16、連接至B引腳的下拉電阻R14用于保證無連接的MAX485芯片處于空閑狀態(tài),提供網(wǎng)絡失效保護,這樣可使A端電位高于B端,RXD端呈現(xiàn)恒定的高電平,防止單片機接收混亂,以提高RS-485節(jié)點與網(wǎng)絡的可靠性。R15為終端匹配電阻,根據(jù)實際需要選取。為了更加可靠地保護RS-485網(wǎng)絡,確保系統(tǒng)安全,增加一些保護電路。圖4中鉗位于6. 8V的TVS管D5-D7都是用來保護RS-485總線的,避免RS-485總線在受外界干擾時(如雷擊、浪涌等)產(chǎn)生的高壓損壞RS-485收發(fā)器;圖4中的電阻R22和R23可以使本機的硬件故障不會使整個總線的通信受到影響。本實用新型采用鉬熱電阻PtlOO用于現(xiàn)場溫度的測量,測溫范圍0-400°C。采用相同的數(shù)據(jù)處理電路,不需要任何軟件和硬件的額外設置,可以根據(jù)實際應用情況,實現(xiàn)2、3、4線制的鉬電阻測溫。其中,2線的接線方式用于對溫度測量要求較低的場合,且外接的熱電阻與測溫電路距離不宜過長,否則誤差會過大,3線和4線制都可以實現(xiàn)較高精度的測量;本實用新型首次使用時默認通信參數(shù)為波特率9600bps,地址號I ;可以使用自帶的軟件修改上述參數(shù)。
權利要求1.一種熱電阻測溫裝置,其特征在干包括熱電阻(Rt),電源電路(I)、恒流源電路(2 )和由電壓放大電路(3-1)、模擬濾波電路(3-2 )、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(3-3 )、單片機控制電路(3-4)組成的數(shù)據(jù)處理電路(3)以及通信接ロ電路(4);所述電源電路(I)的輸出端分別接其他電路模塊的相應電源端,所述恒流源電路(2)的輸出端接熱電阻(Rt)的電流輸入端,熱電阻(Rt)兩端輸出的電壓信號接在電壓放大電路(3-1)的兩個輸入端,電壓放大電路(3-1)的輸出端依次經(jīng)模擬濾波電路(3-2)、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(3-3)接單片機控制電路(3-4)的輸入端,單片機控制電路(3-4)與通信接ロ電路(4)雙向連接。
2.根據(jù)權利要求I所述的ー種熱電阻測溫裝置,其特征在于所述熱電阻(Rt)為PtlOO鉬熱電阻。
3.根據(jù)權利要求I所述的ー種熱電阻測溫裝置,其特征在于所述電源電路(I)由第一穩(wěn)壓器(U8)、電壓反轉(zhuǎn)器(U10)、第二穩(wěn)壓器(U9)、保護ニ極管03、04、發(fā)光ニ極管08、磁珠(LI)、電容C9-C12和電阻R18組成;外接直流電源的正極+Vs經(jīng)保護ニ極管D3后為電壓+Vcc,電壓+Vcc分別接第一穩(wěn)壓器(U8)和第二穩(wěn)壓器(U9)的輸入端I腳,第二穩(wěn)壓器(U9)的2腳經(jīng)保護ニ極管D4接外接直流電源的負極;第一穩(wěn)壓器(U8)的輸出端3腳為+9V電壓,電容C9接在第一穩(wěn)壓器(U8)的輸出端3腳與地之間;電壓反轉(zhuǎn)器(UlO)的輸入端8腳接第一穩(wěn)壓器(U8)的輸出端3腳,電壓反轉(zhuǎn)器(UlO)的輸出端5腳為-9V電壓,電容C12接在電壓反轉(zhuǎn)器(UlO)的輸出端5腳與地之間,電容Cll接在電壓反轉(zhuǎn)器(UlO)的2腳與4腳之間;第二穩(wěn)壓器(U9)的輸出端3腳為+5V電壓,電容ClO接在第二穩(wěn)壓器(U9)的輸出端3腳與地之間,第二穩(wěn)壓器(U9)的輸出端3腳經(jīng)磁珠(LI)后輸出為模擬+5VA電壓,電阻R18與發(fā)光二極管D8串聯(lián)后接在模擬+5VA電壓與地之間。
4.根據(jù)權利要求3所述的ー種熱電阻測溫裝置,其特征在于所述恒流源電路(2)為由兩個三端可調(diào)式恒流源(U6、U7)、電阻Rl、R2、R5、R6和ニ極管Dl、D2組成的具有溫度補償?shù)暮懔髟?,其輸出的恒定電流分別為+1、_1。
5.根據(jù)權利要求3所述的ー種熱電阻測溫裝置,其特征在于所述電壓放大電路(3-1)是由儀表放大器(U3 )、電阻RlO、Rl I和電容C5-C7組成的帶抑制射頻干擾的電壓放大電路;熱電阻(Rt)兩端產(chǎn)生的電壓+V、-V分別經(jīng)電阻R10、R11接儀表放大器(U3)的同向輸入端3腳、反向輸入端2腳,電容C6接在儀表放大器(U3)的同向輸入端3腳與地之間,電容C7接在儀表放大器(U3)的反向輸入端2腳與地之間,電容C5接在儀表放大器(U3)的同向輸入端3腳與反向輸入端2腳之間;儀表放大器(U3)的增益電阻端I腳與8腳并接,儀表放大器(U3)的電源端7腳、4腳分別接+9V電壓、-9V電壓。
6.根據(jù)權利要求5所述的ー種熱電阻測溫裝置,其特征在于所述模擬濾波電路(3-2)為由運算放大器(U4)、電阻R12、R13、電容Cl、C2組成的2階有源巴特沃茲低通濾波器;所述儀表放大器(U3)的輸出端6腳依次經(jīng)電阻R12、R13接運算放大器(U4)的同向輸入端3腳,運算放大器(U4)的反向輸入端2腳接其輸出端6腳,運算放大器(U4)的輸出端6腳經(jīng)電容Cl接電阻R12與電阻R13的節(jié)點,運算放大器(U4)的電源端7腳、4腳分別接+9V電壓、-9V電壓,電容C2接在運算放大器(U4)的同向輸入端3腳與地之間。
7.根據(jù)權利要求6所述的ー種熱電阻測溫裝置,其特征在于所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(3-3)由模數(shù)轉(zhuǎn)換器(U5)、基準電壓源(U2)、電阻R3和電位器(R4)組成;所述運算放大器(U4)的輸出端6腳接模數(shù)轉(zhuǎn)換器(U5)的輸入端2腳,模數(shù)轉(zhuǎn)換器(U5)的電源端8腳接模擬+5VA電壓;模數(shù)轉(zhuǎn)換器(U5)的3腳與4腳并接后接地;基準電壓源(U2)的3腳、4腳分別接電壓+Vcc、地,電阻R3接在電壓+Vcc與基準電壓源(U2)的I腳之間,電位器(R4)接在基準電壓源(U2)的I腳與地之間,基準電壓源(U2)的2腳接地,電位器(R4)的動臂接模數(shù)轉(zhuǎn)換器(U5)的參考電壓端I腳。
8.根據(jù)權利要求7所述的ー種熱電阻測溫裝置,其特征在干所述單片機控制電路(3-4)由單片機(U1)、電源隔離模塊(U15)、晶振(Y1)、電容C3、C4、C8和電阻R17組成;所述電源隔離模塊(U15)的輸入端2腳接+5V電壓,電源隔離模塊(U15)的I腳、3腳、4腳分別為DGND, V485、GND485 ;晶振(Yl)接在單片機(Ul)的4、5腳之間,電容C3接在單片機(Ul)的4腳與DGND之間,電容C4接在單片機(Ul)的5腳與DGND之間,電阻R17接在單片機(Ul)的I腳與DGND之間,單片機(Ul)的I腳經(jīng)電容CS接+5V電壓;所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器(U5)的5-7腳分別接單片機(Ul)的12-14腳。
9.根據(jù)權利要求8所述的ー種熱電阻測溫裝置,其特征在于所述通信接ロ電路(4)由485通信接ロ芯片(U14)、第一至第三光電耦合器(U11-U13)、TVS管D5-D7、電阻R7-R9、R14-R16、R19-R23和接ロ(Jl)組成;所述單片機(Ul)的7腳、3腳分別接第一光電耦合器(Ull)、第三光電稱合器(Ul3)的輸入端2腳,第一光電稱合器(Ull)、第三光電稱合器(Ul3)的輸入端I腳分別經(jīng)電阻R7、電阻R9接+5V電壓,第一至第三光電耦合器(U11-U13)的3腳分別接地,第一光電稱合器(U11)、第三光電稱合器(U13)的輸出端4腳分別接485通信接ロ芯片(U14)的2腳、4腳,電阻R20接在第一光電耦合器(UlI)的輸出端4腳與V485之間,電阻R21接在第三光電耦合器(U13)的輸出端4腳與V485之間;所述485通信接ロ芯片(U14)的I腳接第二光電稱合器(U12)的輸入端2腳,第二光電稱合器(U12)的輸入端I腳經(jīng)電阻R8接V485,第二光電耦合器(U12)的輸出端4腳接單片機(Ul)的2腳,電阻R19接在第二光電耦合器(U12)的輸出端4腳與+5V電壓之間;485通信接ロ芯片(U14)的3腳與2腳并接,485通信接ロ芯片(U14)的8腳、5腳分別接+5V電壓、地,485通信接ロ芯片(U14)的6、7腳分別經(jīng)電阻R23、電阻R22后輸出為信號端DATA+、DATA-,信號端DATA+、DATA-分別經(jīng)TVS管D7、TVS管D5接GND485,TVS管D6接在信號端DATA+與DATA-之間;接ロ(Jl)的I、2腳分別接信號端DATA+、DATA-;電阻R14接在485通信接ロ芯片(U14)的7腳與GND485之間,電阻R16接在485通信接ロ芯片(U9)的6腳與V485之間,電阻R15接在485通信接ロ芯片(U14)的6腳與7腳之間。
專利摘要本實用新型公開了一種熱電阻測溫裝置,用于測量工業(yè)環(huán)境下的現(xiàn)場溫度。包括熱電阻,電源電路、恒流源電路和由電壓放大電路、模擬濾波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機控制電路組成的數(shù)據(jù)處理電路以及通信接口電路;電源電路的輸出端分別接其他電路模塊的相應電源端,恒流源電路的輸出端接熱電阻的電流輸入端,熱電阻兩端的電壓信號接在電壓放大電路的兩個輸入端,電壓放大電路的輸出端依次經(jīng)模擬濾波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路接單片機控制電路的輸入端,單片機控制電路與通信接口電路雙向連接。本實用新型使用相同的數(shù)據(jù)處理電路,可實現(xiàn)2線制、3線制和4線制現(xiàn)場溫度的測量,具有結構簡單、操作容易且測量精度高的特點。
文檔編號G01K7/18GK202442810SQ20122002514
公開日2012年9月19日 申請日期2012年1月19日 優(yōu)先權日2012年1月19日
發(fā)明者陳雷 申請人:東北石油大學秦皇島分校