專利名稱：一種雙檔單恒流源電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及ー種熱電阻測量系統(tǒng)，尤其是ー種可以提供寬測量范圍的雙檔單恒流源電路。
背景技術(shù)：
在エ業(yè)生產(chǎn)中，熱電阻作為感溫元件經(jīng)常被應(yīng)用于對溫度測量精度要求比較高的場合。常用的熱電阻類型有Cu50、Cu53、PtlO、PtlOO和PtlOOO，其中溫度測量精度要求為O. 1°C時，Cu50和PtlOO應(yīng)用的比較廣泛，當(dāng)精度要求為0.01 °C時，PtlOOO的應(yīng)用就比較多了。在エ業(yè)生產(chǎn)中熱電阻一般應(yīng)用于中低溫區(qū)的溫度測量Cu50—般應(yīng)用 于-50°C 150°C的溫度測量，對應(yīng)熱電阻的阻值范圍是78. 48歐姆 164. 27歐姆；Ptl00測溫范圍是_200°C "850°C，對應(yīng)的阻值范圍是18. 52歐姆 390. 84歐姆；Ptl000常用的測溫范圍是_50°C 300°C，對應(yīng)的阻值范圍是803. 063歐姆 2120. 515歐姆?，F(xiàn)有的測溫設(shè)備溫度測量范圍比較窄，如對于Pt 100來說，多是應(yīng)用于_50°C ^3000C，超過300°C的測量精度就會大大降低，更不用提單個設(shè)備既可以測量PtlOO又可以測量PtlOOO 了。目前，常用的熱電阻測量方法有幾種，就熱電阻線制而言有ニ線、三線和四線法，就激勵方式而言有主要有電橋法和恒流源法。熱電阻的靈敏度較高，如常用PtlOO熱電阻的靈敏度大約為O. 38歐姆/°C，所以在熱電阻的測量中導(dǎo)線的電阻不能忽略。ニ線制無法消除線電阻對測量結(jié)果的影響，在精度要求高的場合一般不會采用；四線法可以消除線電阻的影響，但對于長距離多通道的測溫系統(tǒng)來說多布線成本太高；三線制可以通過硬件或軟件上的處理消除線電阻的影響，比四線制的實現(xiàn)成本低，是多通道測溫系統(tǒng)中的常用選擇。在三線制熱電阻測量中，電橋法雖然能夠消除線電阻的影響但測量范圍較窄，因此恒流源三線法是目前常用的測溫方法。在多通道熱電阻測量系統(tǒng)中，經(jīng)常使用多恒流源(一個通道使用一個恒流源)或雙恒流源的測量方法。其中，多恒流源法的實現(xiàn)成本高，且不同恒流源間的離散性會給測量結(jié)果帶來額外的誤差；雙恒流源法對恒流源的対稱性要求較高，且切換電路較為繁瑣，會占用較大的電路板面積。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型針對以上問題，提出了用于多通道三線制熱電阻測量應(yīng)用中的，ー種雙檔單恒流源電路，該電路擴(kuò)展了溫度測量范圍，利用單恒流源降低了方案實現(xiàn)成本，使用一組切換開關(guān)實現(xiàn)多測量通道的切換，解決了雙恒流源対稱性要求高的難題，并避免了普通熱電阻測量系統(tǒng)生產(chǎn)過程中調(diào)零電阻帶來的麻煩。本實用新型所采用的技術(shù)方案是一種雙檔單恒流源電路，包括雙檔基準(zhǔn)電壓源電路和恒流源電路；所述的雙檔基準(zhǔn)電壓源電路包括電阻R1、R2、R3和R4、穩(wěn)壓管Zl和雙向開關(guān)U1A、UlB ;電阻R2、R3和R4先依次串聯(lián)在一起后，再與穩(wěn)壓管Zl并聯(lián)，穩(wěn)壓管Zl的陰極端連接R2，Zl的陽極端連接R4 ;所述電阻Rl的一端連接供電電源AVCC端，另一端連接穩(wěn)壓管Zl的陰極端；所述雙向開關(guān)UlA的一端連接電阻R2和R3之間，另一端為輸出信號AVCC2端，UlA的開關(guān)控制端為SI ;雙向開關(guān)UlA的另一端連接電阻R4和R3之間，另一端為輸出信號AVCC2端，UlB的開關(guān)控制端為S2 ；S1端和S2端不同時為選通；所述穩(wěn)壓管Zl的陰極端連接其工作電源AVCCl端，Zl的陽極端接地；所述的恒流源電路包括電阻R5、R6和R7、運放OPl和三極管Ql ；電阻R7的一端連接供電電源AVCC端，另一端連接三極管Ql的發(fā)射極；電阻R5的一端連接Ql的發(fā)射極，另一端連接運放OPl的負(fù)輸入端，OPl的正輸入端連接所述輸出信號AVCC2端；運放OPl的輸出端通過電阻R6連接三極管Ql的集電極；三極管Ql的集電極作為本雙檔單恒流源電路的電流輸出端。在具體實施時候，所述雙檔基準(zhǔn)電壓源電路中基準(zhǔn)電壓源AVCCl由穩(wěn)壓管提供、或者是基準(zhǔn)電壓源提供、或者是由類似恒流源電路附加ー個精密電阻提供；兩個電子開關(guān)的選通信號SI和S2是由數(shù)字電路部分或者是模擬部分信號的兩個信號源提供或者是ー個信號源經(jīng)反相提供。所述恒流源電路中的三極管Ql是單個晶體管或是由復(fù)合管構(gòu)成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的技術(shù)方案避免了在三線制熱電阻測量系統(tǒng)時搭建雙恒流源電路所遇到的器件対稱性問題，解決了熱電阻測量范圍小的問題，同時也解決了調(diào)零電阻帶來的麻煩。

圖I本實用新型的雙檔基準(zhǔn)電壓源電路圖；圖2本實用新型的恒流源電路圖；圖3本實用新型的雙檔恒流源電路圖；圖4本例的多通道熱電阻電阻切換電路圖；圖5本例的基準(zhǔn)切換電路圖。
具體實施方式
一種雙檔單恒流源電路，包括雙檔基準(zhǔn)電壓源電路和恒流源電路；所述的雙檔基準(zhǔn)電壓源電路包括電阻R1、R2、R3和R4、穩(wěn)壓管Zl和雙向開關(guān)U1A、UlB ;電阻R2、R3和R4先依次串聯(lián)在一起后，再與穩(wěn)壓管Zl并聯(lián)，穩(wěn)壓管Zl的陰極端連接R2，Zl的陽極端連接R4 ;所述電阻Rl的一端連接供電電源AVCC端，另一端連接穩(wěn)壓管Zl的陰極端；所述雙向開關(guān)UlA的一端連接電阻R2和R3之間，另一端為輸出信號AVCC2端，UlA的開關(guān)控制端為SI ;雙向開關(guān)UlA的另一端連接電阻R4和R3之間，另一端為輸出信號AVCC2端，UlB的開關(guān)控制端為S2 ；S1端和S2端不同時為選通；所述穩(wěn)壓管Zl的陰極端連接其工作電源AVCCl端，Zl的陽極端接地；所述的恒流源電路包括電阻R5、R6和R7、運放OPl和三極管Ql ；電阻R7的一端連接供電電源AVCC端，另一端連接三極管Ql的發(fā)射極；電阻R5的一端連接Ql的發(fā)射極，另一端連接運放OPl的負(fù)輸入端，OPl的正輸入端連接所述輸出信號AVCC2端；運放OPl的輸出端通過電阻R6連接三極管Ql的集電極；三極管Ql的集電極作為本雙檔單恒流源電路的電流輸出端。[0020]下面結(jié)合實施例對本實用新型進(jìn)ー步說明如下雙檔基準(zhǔn)電壓源電路如圖I所示。其中，R2-R4三個電阻串聯(lián)在一起與穩(wěn)壓管Zl并聯(lián)后再與Rl串聯(lián)，組成ニ級分壓電路第一級分壓電路由Rl串聯(lián)Zl組成，將供電電源AVCC與AGND之間的電壓穩(wěn)定至穩(wěn)壓管Zl的工作電壓AVCCl ;第二級分壓電路由R2、R3和R4串聯(lián)后并在Zl兩端實現(xiàn)對AVCCl的分壓。兩個雙向開關(guān)UlA和UlB分別通過信號SI和S2來選取電阻R3兩端的電壓(SI和S2不可同時選通)，輸出信號為AVCC2，從而形成雙檔基準(zhǔn)電壓源電路。Rl可以根據(jù)AVCC與AVCCl間的壓差選取阻值和功率，可以選取對精度和溫度系數(shù)要求不高的普通電阻；而R2、R3和R4需要精度相對高ー些的低溫漂電阻，這三個電阻的阻值比例根據(jù)所設(shè)計的兩檔恒流源電流大小選取。恒流源電路原理如圖2所示。其中，運放OPl引入負(fù)反饋將Ql的發(fā)射極電壓穩(wěn)定在AVCC2左右，此時恒流源I=(AVCC-AVCC2)/R7，R7的大小要根據(jù)AVCC2及所設(shè)計的恒流源大小選取，R7最好選擇低溫漂電阻。此恒流源電路與雙檔基準(zhǔn)電壓源電路聯(lián)合組成的雙 檔恒流源電路如圖3所示。其中，關(guān)閉SI選通S2可以形成一個電流值較大的恒流源，用于Cu50、Cu53和PtlOO等阻值范圍較小的熱電阻測量；關(guān)閉S2選通SI可形成ー個電流值較小的恒流源用于測量像PtlOOO這種阻值范圍較大的熱電阻測量。此種恒流源的精度高、負(fù)載范圍寬，在PtlOO和PtlOOO的エ業(yè)應(yīng)用范圍內(nèi)完全能保證有效的精度和線性度。多通道熱電阻切換電路由多個單通道熱電阻切換前路組成，單個通道的熱電阻切換電路原理如圖4所示，増加熱電阻通道電路時只需要改變通道選擇信號CSx (X為相應(yīng)信道編號)即可?，F(xiàn)以第一通道電路為例說明具體實施方式
當(dāng)僅選通通道選擇信號CSl時，恒流源的電流I經(jīng)過UAト7、UAI-8經(jīng)過RAl流入熱電阻RTDl的A線，電流從B線流出，經(jīng)電阻RCl及RA1-6和UA1-5返回模擬電源地AGND。當(dāng)選通S3而斷開S4時，Tl和T2兩端測得的電壓X (r+RTD1+r)=I X (RTD1+2r)；當(dāng)選通S4而斷開S3吋，Tl和T2兩端測得的電壓M=Uad+URTD1=2 X U4_U3=2 XIX (r+RTD I) -I X (RTD1+2r) =I X Rtdi=Uetdi。由此可得，經(jīng)過S3和S4的切換可以通過模數(shù)轉(zhuǎn)換測得恒流源I在該通道熱電阻RTDl上的壓降UKTD1。在整個測量過程中，僅需要在測量該通道時才將恒流源電路及測量系統(tǒng)中的其它內(nèi)部電路與外接熱電阻建立連接，而單次模擬量測量需要的時間比較短，大概在幾毫秒的數(shù)量級，這樣就大大減少了外接干擾通過熱電阻的ABC三根接線傳到進(jìn)內(nèi)部電路的機(jī)會，從而在一定程度上増加了整個模擬電路的可靠性；同時也大大降低了傳統(tǒng)熱電阻采集時橫流源長時間加載在被測電阻上引起的自熱性問題。在本方案中，通道切換開關(guān)UAl、UBl和UCl等選用的是光耦繼電器，這為整個測量系統(tǒng)中的模擬電路與數(shù)字電路的電氣隔離提供了可能性，從而大大提高了整個測量系統(tǒng)的可靠性。基準(zhǔn)電阻切換電路原理如圖5所示。其中，電阻RO是基準(zhǔn)電阻，當(dāng)斷開所有通道的選通信號CSl CSx而選通S5時，恒流源的電流I經(jīng)過USI-6、USI-5流入RO，并經(jīng)過USI-7和US1-8流過保護(hù)電阻RlO返回恒流源地AGND，同時Tl和T2引腳接入后繼的模擬量調(diào)理和轉(zhuǎn)換電路測得基準(zhǔn)電壓％。因為所以Rtdx=RtlXUktdxZU15由此可見不必確定具體的恒流源I的大小也可以測得電阻Rx的值，從而計算出Rx所對應(yīng)的溫度值；換句話說，只要在測量熱電阻RTD與測量基準(zhǔn)電阻RO時將恒流源I保持一致就可以保證測量的精度，這就可以減弱對圖I中電阻R2、R3和R4以及圖2中電阻R7的要求，同時也可以消弱
環(huán)境溫度的變化對測量精度的影響。
權(quán)利要求1.一種雙檔單恒流源電路，其特征是包括雙檔基準(zhǔn)電壓源電路和恒流源電路； 所述的雙檔基準(zhǔn)電壓源電路包括電阻R1、R2、R3和R4、穩(wěn)壓管Zl和雙向開關(guān)U1A、U1B ；電阻R2、R3和R4先依次串聯(lián)在一起后，再與穩(wěn)壓管Zl并聯(lián)，穩(wěn)壓管Zl的陰極端連接R2，Zl的陽極端連接R4 ;所述電阻Rl的一端連接供電電源AVCC端，另一端連接穩(wěn)壓管Zl的陰極端；所述雙向開關(guān)UlA的一端連接電阻R2和R3之間，另一端為輸出信號AVCC2端，UlA的開關(guān)控制端為SI ;雙向開關(guān)UlA的另一端連接電阻R4和R3之間，另一端為輸出信號AVCC2端，UlB的開關(guān)控制端為S2 ；S1端和S2端不同時為選通；所述穩(wěn)壓管Zl的陰極端連接其工作電源AVCCl端，Zl的陽極端接地； 所述的恒流源電路包括電阻R5、R6和R7、運放OPl和三極管Ql ；電阻R7的一端連接供電電源AVCC端，另一端連接三極管Ql的發(fā)射極；電阻R5的一端連接Ql的發(fā)射極，另一端連接運放OPl的負(fù)輸入端，OPl的正輸入端連接所述輸出信號AVCC2端；運放OPl的輸出端通過電阻R6連接三極管Ql的集電極；三極管Ql的集電極作為本雙檔單恒流源電路的電流輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的種雙檔單恒流源電路，其特征在于所述恒流源電路中的三極管Ql是單個晶體管或是由復(fù)合管構(gòu)成。
專利摘要一種雙檔單恒流源電路，結(jié)構(gòu)是雙檔基準(zhǔn)電壓源電路結(jié)構(gòu)是電阻R2、R3和R4先依次串聯(lián)在一起后，再與穩(wěn)壓管Z1并聯(lián)，Z1的陰極端連接R2，Z1的陽極端連接R4；R1的一端連接供電電源AVCC端，另一端連接Z1的陰極端；雙向開關(guān)U1A的一端連接R2和R3之間，另一端為輸出信號AVCC2端，U1A的開關(guān)控制端為S1；U1A的另一端連接R4和R3之間，另一端為AVCC2端，U1B的開關(guān)控制端為S2；S1和S2不同時為選通；Z1的陰極端連接工作電源AVCC1端，Z1的陽極端接地；恒流源電路結(jié)構(gòu)為電阻R7的一端連接AVCC端，另一端連接三極管Q1的發(fā)射極；R5的一端連接Q1的發(fā)射極，另一端連接運放OP1的負(fù)輸入端，OP1的正輸入端連接AVCC2端；OP1的輸出端通過電阻R6連接三極管Q1的集電極；Q1的集電極作為本雙檔單恒流源電路的電流輸出端。
文檔編號G01R27/02GK202649263SQ201220214988
公開日2013年1月2日 申請日期2012年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月14日
發(fā)明者張博, 陳思寧, 陳宇彥, 王善永 申請人:南大傲拓科技江蘇有限公司