一种热电阻测温装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种热电阻测温装置，用于测量工业环境下的现场温度。包括热电阻，电源电路、恒流源电路和由电压放大电路、模拟滤波电路、模数转换电路、单片机控制电路组成的数据处理电路以及通信接口电路；电源电路的输出端分别接其他电路模块的相应电源端，恒流源电路的输出端接热电阻的电流输入端,热电阻两端的电压信号接在电压放大电路的两个输入端，电压放大电路的输出端依次经模拟滤波电路、模数转换电路接单片机控制电路的输入端，单片机控制电路与通信接口电路双向连接。本实用新型专利技术使用相同的数据处理电路，可实现2线制、3线制和4线制现场温度的测量，具有结构简单、操作容易且测量精度高的特点。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种热电阻测温装置，用于测量各种环境下，尤其是工业环境下的现场温度。
技术介绍
热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件，通常需要把电阻两端产生的电信号通过引线传递到计算机控制装置或者其它一次仪表上，但是由于工业用热电阻都安装在生产现场，其与控制室之间存在一定的距离，因此热电阻的引线对测量结果会有较大的影响。测温装置通常使用PtlOO钼热电阻作为测温 电阻，它具有精度高、测温范围宽、使用方便等优点，在工业过程控制和测量系统中得到了广泛的应用。利用热电阻测温时，热电阻接入电路的方式有三种，其中，2线制的电流回路和电压测量回路合二为1，精度差；3线制的电流回路的参考位和电压测量回路的参考位为一条线，如果合理设计测量电路，可以达到很高的精度；4线制的电流回路和电压测量回路独立分开，精度高，但费线。目前常用的热电阻测温装置，每种接线方式都对应不同的数据处理电路，导致装置的结构复杂，使用不便。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种结构简单、操作容易且测量精度高的热电阻测温装置，可以根据实际应用情况，选择以上任一种方式接线，实现现场温度测量。为解决上述技术问题，本技术所采取的技术方案是一种热电阻测温装置，其关键在于包括热电阻，电源电路、恒流源电路和由电压放大电路、模拟滤波电路、模数转换电路、单片机控制电路组成的数据处理电路以及通信接口电路；所述电源电路的输出端分别接其他电路模块的相应电源端，所述恒流源电路的输出端接热电阻的电流输入端，热电阻两端输出的电压信号接在电压放大电路的两个输入端，电压放大电路的输出端依次经模拟滤波电路、模数转换电路接单片机控制电路的输入端，单片机控制电路与通信接口电路双向连接。上述热电阻为PtlOO钼热电阻。采用上述技术方案所产生的有益效果在于本技术采用钼热电阻PtlOO用于现场温度的测量，测温范围0-400°C。本技术结构简单、操作容易且测量精度高，具有如下特点(I)本技术采用相同的数据处理电路，不需要任何软件和硬件的额外设置，可以根据实际应用情况，实现2、3、4线制的钼电阻测温；其中，2线的接线方式用于对温度测量要求较低的场合，3线和4线制都可以实现较高精度的测量；(2)本技术选用STC11F04E系列高速超强抗干扰低功耗单片机，自带EEPROM ;并且采用标准MODBUS通信协议，可直接与上位计算机的工业组态软件通信；(3)采用AD621集成仪表放大器，实现信号的精密放大和差分到单端的转换，同时避免了多运放构成的仪表放大器参数难以匹配的问题；(4)模数转换器采用12位的A/D转换芯片ADS1286，最小可以分辨出0. 165°C的温度变化，若实际应用中对温度的分辨率要求不高，可以采用与其引脚完全兼容的10位A/D转换芯片实现TLC1549替换或8位A/D转换芯片TLC549替换，而电路不需做任何改动。附图说明图I是本技术的原理方框图；图2是本技术的 电源电路的电路原理图；图3是本技术的恒流源电路的电路原理图；图4是本技术的数据处理及通信接口电路的电路原理图；图5是本技术的2线制测温接线示意图；图6是本技术的3线制测温接线示意图；图7是本技术的4线制测温接线示意图；图中，I、电源电路，2、恒流源电路，3、数据处理电路，3-1、电压放大电路，3-2、模拟滤波电路，3-3、模数转换电路，3-4、单片机控制电路，4、通信接口电路；Ul、单片机，U2、基准电压源，U3、仪表放大器，U4、运算放大器，U5、模数转换器，U6-U7、三端可调式恒流源，U8、第一稳压器，U9、第二稳压器，U10、电压反转器，U11-U13、第一至第三光电稱合器，U14、485通信接口芯片，U15、电源隔离模块。具体实施方式以下结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。如图I所示为本技术的原理方框图。本技术包括热电阻Rt，电源电路I、恒流源电路2和由电压放大电路3-1、模拟滤波电路3-2、模数转换电路3-3、单片机控制电路3-4组成的数据处理电路3以及通信接口电路4 ;所述电源电路I的输出端分别接其他电路模块的相应电源端，所述恒流源电路2的输出端接热电阻Rt的电流输入端，热电阻Rt两端输出的电压信号接在电压放大电路3-1的两个输入端，电压放大电路3-1的输出端依次经模拟滤波电路3-2、模数转换电路3-3接单片机控制电路3-4的输入端，单片机控制电路3-4与通信接口电路4双向连接。本技术采用钼热电阻PtlOO用于现场温度的测量，测温范围0-400°C。如图2所示为本技术的电源电路的电路原理图。电源电路I由第一稳压器U8、电压反转器U10、第二稳压器U9、保护二极管D3、D4、发光二极管D8、磁珠LI、电容C9-C12和电阻R18组成；外接直流电源的正极+Vs经保护二极管D3后为电压+Vcc，电压+Vcc分别接第一稳压器U8和第二稳压器U9的输入端I脚，第二稳压器U9的2脚经保护二极管D4接外接直流电源的负极；第一稳压器U8的输出端3脚为+9V电压，电容C9接在第一稳压器U8的输出端3脚与地之间；电压反转器UlO的输入端8脚接第一稳压器U8的输出端3脚，电压反转器UlO的输出端5脚为-9V电压，电容C12接在电压反转器UlO的输出端5脚与地之间，电容Cll接在电压反转器UlO的2脚与4脚之间；第二稳压器U9的输出端3脚为+5V电压，电容ClO接在第二稳压器U9的输出端3脚与地之间，第二稳压器U9的输出端3脚经磁珠LI后输出为模拟+5VA电压，电阻R18与发光二极管D8串联后接在模拟+5VA电压与地之间。本技术采用12-24V的外接直流电源供电，保护二极管D3和D4的作用是为了防止电源接反而损坏芯片；第一稳压器U8采用MC7809首先得到+9V电压，再利用电压反转器ICL7660将+9V电压变换为-9V电压，这样得到±9V的对称电源，该对称电源为滤波电路中的集成运放和仪表放大器AD621供电；同时经第二稳压器MC7805得到+5V电压，为5V的数字电路供电，该+5V电压再经磁珠LI得到的电压+5VA为模拟电路供电，使用磁珠LI实现模拟和数字电源的隔离。设计电路板时应将模拟地和数字地在单点连接到一起。如图3所示为本技术的恒流源电路的电路原 理图。恒流源电路2为由两个三端可调式恒流源U6、U7、电阻R1、R2、R5、R6和二极管D1、D2组成的具有温度补偿的恒流源，其输出的恒定电流分别为+1、_1。三端可调集成恒流源U6、U7是由美国国家半导体公司生产LM334，产生200 u A的恒定电流。不同的接线方式以及两个恒流源的使用情况如图5-图7所示。如图5-图7所示分别为本技术的2线制、3线制、以及4线制测温接线示意图。图中，Rt表示PtlOO钼热电阻，弧线均为装置端子间的短接导线，rl-r4均为导线电阻，由于各段长导线等长，所以有rl=r2=r3=r4=r。图5的2线制测温中，钼热电阻接在测温装置远端，由恒流源+I流出的200 U A电流经+V端后，经电阻为rl的长导线流入钼热电阻，从电阻为r2的长导线流出，最后流回模拟地AGND，+V和-V分别输入仪表放大器U3的正反输入端。由图5的电路可知，实际本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热电阻测温装置，其特征在干包括热电阻(Rt)，电源电路(I)、恒流源电路(2 )和由电压放大电路(3-1)、模拟滤波电路(3-2 )、模数转换电路(3-3 )、单片机控制电路(3-4)组成的数据处理电路(3)以及通信接ロ电路(4);所述电源电路(I)的输出端分别接其他电路模块的相应电源端，所述恒流源电路(2)的输出端接热电阻(Rt)的电流输入端，热电阻(Rt)两端输出的电压信号接在电压放大电路(3-1)的两个输入端，电压放大电路(3-1)的输出端依次经模拟滤波电路(3-2)、模数转换电路(3-3)接单片机控制电路(3-4)的输入端，单片机控制电路(3-4)与通信接ロ电路(4)双向连接。2.根据权利要求I所述的ー种热电阻测温装置，其特征在于所述热电阻(Rt)为PtlOO钼热电阻。3.根据权利要求I所述的ー种热电阻测温装置，其特征在于所述电源电路(I)由第一稳压器(U8)、电压反转器(U10)、第二稳压器(U9)、保护ニ极管03、04、发光ニ极管08、磁珠(LI)、电容C9-C12和电阻R18组成；外接直流电源的正极+Vs经保护ニ极管D3后为电压+Vcc，电压+Vcc分别接第一稳压器(U8)和第二稳压器(U9)的输入端I脚，第二稳压器(U9)的2脚经保护ニ极管D4接外接直流电源的负极；第一稳压器(U8)的输出端3脚为+9V电压，电容C9接在第一稳压器(U8)的输出端3脚与地之间；电压反转器(UlO)的输入端8脚接第一稳压器(U8)的输出端3脚，电压反转器(UlO)的输出端5脚为-9V电压，电容C12接在电压反转器(UlO)的输出端5脚与地之间，电容Cll接在电压反转器(UlO)的2脚与4脚之间；第二稳压器(U9)的输出端3脚为+5V电压，电容ClO接在第二稳压器(U9)的输出端3脚与地之间，第二稳压器(U9)的输出端3脚经磁珠(LI)后输出为模拟+5VA电压，电阻R18与发光二极管D8串联后接在模拟+5VA电压与地之间。4.根据权利要求3所述的ー种热电阻测温装置，其特征在于所述恒流源电路(2)为由两个三端可调式恒流源(U6、U7)、电阻Rl、R2、R5、R6和ニ极管Dl、D2组成的具有温度补偿的恒流源，其输出的恒定电流分别为+1、_1。5.根据权利要求3所述的ー种热电阻测温装置，其特征在于所述电压放大电路(3-1)是由仪表放大器(U3 )、电阻RlO、Rl I和电容C5-C7组成的带抑制射频干扰的电压放大电路；热电阻(Rt)两端产生的电压+V、-V分别经电阻R10、R11接仪表放大器(U3)的同向输入端3脚、反向输入端2脚，电容C6接在仪表放大器(U3)的同向输入端3脚与地之间，电容C7接在仪表放大器(U3)的反向输入端2脚与地之间，电容C5接在仪表放大器(U3)的同向输入端3脚与反向输入端2脚之间；仪表放大器(U3)的增益电阻端I脚与8脚并接，仪表放大器(U3)的电源端7脚、4脚分别接+9V电压、-9V电压。6.根据权利要求5所述的ー种热电阻测温装置，其特征在于所述模拟滤波电路(3-2)为由运算放大器(U4)、电阻R12、R13、电容Cl、C2组成的2阶有源巴特沃兹低通滤波器；所述仪表放大器(U3)的输出端6脚依次经电阻R12、R13接运算放大器(U4)的同向输入端3脚，运算放大器(U4)的反向输入端2脚接其输出端6脚，运算放大器(U4)的输出端6脚经电容Cl接电阻R12与电阻R13的节点，运算放大器(U4...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈雷，
申请(专利权)人：东北石油大学秦皇岛分校，
类型：实用新型
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