专利名称：三线制Pt100热电阻温度变送器的制作方法
技术领域：
本实用新型一种三线制Ptl00热电阻温度变送器，属于温度检测器领域。 技术背景
三线制PtlOO热电阻传感器，作为一种广泛应用于工业化工、冶金、酿造、制药及器械
等多种行业的低温区温度传感器，有着其独到的特殊的优势其一，在低温度区域进行的温
度测量，可以避免由于热电偶因为补偿导线补偿不准的弊病，热电偶往往因为冷端补偿不准， 从而引入新的附加误差，在热电阻传感器中由于不需要补偿导线，因此可以消除该问题对测
量精度的影响；另一方面，热电偶的补偿导线相对于三线制PtlOO热电阻传感器的引线来讲， 补偿导线则需要特殊类型的材料，成本相对于三线制PtlOO传感器的引线来说，是明显高;P :三线制Ptl00的。其二，在400'C以下的温度测量中，三线制PtlOO更容易获得精确的测量 效果，不像热电偶的相对温度测量，是一种绝对温度测量，不需要进行冷端温度补偿。
如今，各行各业的测量中虽说三线制Pt100已经在大量应用，其应用方式也是多种多样， 呈现五花八门。在一些特殊应用场合下，对于三线制Pt100温度/电压信号的处理，至今还 有很多的问题需要解决三线制PtlOO热电阻的在使用的时候检测精度和线性不是很好，热 电阻引线电阻的影响大，配套的信号放大对称电源不稳定，经常需要在检测设备上设置大量 电路，占用空间大，不利于安装使用。
实用新型内容
根据以上现有技术中的不足，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种精确性高，
抗干扰能力强的三线制Pt100热电阻温度变送器。
本实用新型解决其技术问题，所采用的技术方案是三线制PtlOO热电阻温度变送器， 其特征在于包括热电阻接口电路、信号放大校正电路、放大电路和对称电源电路，热电阻 接口电路的输出端连接信号放大校正电路的输入端，信号放大校正电路的输出端连接放大电 路的输入端，热电阻接口电路、信号放大校正电路和放大电路与对称电源电路电联接。
使用时，对称电源电路提供电源支持，热电阻接口电路的输入端连接三线制PtlOO热电
阻传感器，取得与温度成一定比例关系的电信号，并且将此电信号输入信号放大校正电路进
行放大和线性补偿，使得该信号与温度成线性正比关系，最后经过放大电路的放大提供一定 的电压增益和电流增益，由此放大电路作为末级输出。 其中优选方案是-
所述的热电阻接口电路包括接口 SX3、电阻R5-R7和电位器RW1，接口 SX3的1脚通过 电阻R5连接+12V， 3脚接地，2脚通过电阻R7连接电位器RW1的一端，电位器RW1的另一 端通过电阻R6连接+ 12V。使用时，三线制Pt100热电阻传感器三根引线分别连接在接口 SX3 的1脚、2脚、3脚之间(其中2、 3脚引线的颜色相同，另外一根接l脚)，热电阻接[J电 路与三线制PtlOO热电阻传感器组成不平衡电桥，采集温度信号，输出与温度信号成一次线 性关系的电信号。
所述的信号放大校正电路包括电阻R8-R12、 R14-R16，电容C14、 C15，电位器RW3和运 算放大器IC4A、 IC4B、 IC4D,运算放大器IC4A的正相输入端通过电容C15接地，反相输入 端和输出端之间连接电阻R15，反相输入端还通过串联的电阻R12和电位器RW3连接运算放 大器IC4B的反相输入端，运算放大器IC4A的输出端通过电阻R14连接运算放大器IC4D的 反相输入端，运算放大器IC4B的正相输入端通过电容C14接地，反相输入端和输出端之间 连接电阻R8，输出端通过电阻R11连接运算放大器IC4D的正相输入端，运算放大器IC4D的 正相输入端通过电阻R10接地，反相输入端和输出端之间连接电阻R16,输出端连接放大电 路的输入端，运算放大器IC4D的输出端还通过串联的电阻R9和电位器RW2连接运算放大器 IC4B的正相输入端，运算放大器IC4B的正相输入端和运算放大器IC4A的正相输入端连接热 电阻接口电路的输出端。通过采用典型的三运放放大器结构，经过放大后的信号已经具有足 够的幅度，但由f热电阻的阻值变化与温度变化之间呈现非线性关系，其阻值变化与温度的 升高，呈现单调衰减的现象，故从运算放大器IC4D的输出脚到运算放大器IC4B的正相输入 端之间，引入正反馈支路。
所述的对称电源电路包括接口 SX1、 二极管VD1-VD6、电阻Rl-R3、电容Cl-C13、稳压 器IC1-IC3和变压器T1，接口 SX1的1脚通过二极管VD1连接稳压器IC1的6脚，2脚接地， 二极管VD1的负极和地之间连接并联的电容C1、 C2，稳压器IC1的6脚和7脚之间连接电阻 R2， 7脚连接变压器Tl的7脚，稳压器IC1的7脚和8脚之间连接电阻Rl， 5脚通过电阻 R3接地，5脚还通过串联的电阻R4和二极管VD6连接变压器T1的5脚，4脚接地，4脚和3 脚之间连接有电容C3， 2脚接地，1脚连接变压器T1的6脚，变压器T1的二次侧1脚-3脚 连接由二极管VD2-VD5，稳压器IC2、 IC3和电容C4、 C5、 C7-C12组成的对称整流滤波稳压 电路，变压器T1的二次侧的IO脚接地，二极管VD6的负极通过并联的电容C6、 C13接地。 对称电源电路给运算放大器提供对称性好的、稳定性高的、脉动系数尽可能小的双电源。 所述的稳压器IC1采用MC34063稳压器。
本实用新型三线制Pt100热电阻温度变送器所具有的有益效果是通设置热电阻接口电 路、信号放大校正电路和放大电路与对称电源电路电联接，简化了上位设备采集温度数据时 需要设置的复杂系统，简化了供电电源方式，并且有良好的抗干扰性能，消除热电阻引线电 阻的影响。该变送器的由电路结构决定，选用价格低廉的常规通用器件，可以获得比较优良 的信号处理性能，并且具有很高的精度和稳定性，在工业产品的配套中，以及工业控制过程 中，具有很强的实用性。
图1是本实用新型实施例原理方框图。
图2是本实用新型实施例热电阻接口电路、信号放大校正电路和放大电路的电路原理图。 图3是本实用新型实施例对称电源电路的电路原理图。
图中SX1-SX3、接口 Rl-R18、电阻Cl-C16、电容RW1-RW3、电位器VD1-VD6、 二极管 IC1-IC3、稳压器 IC4、集成运算放大器Tl、变压器。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步描述
如图l所示，热电阻接口电路的输出端连接信号放大校正电路的输入端，信号放大校正 电路的输出端连接放大电路的输入端，热电阻接口电路、信号放大校正电路和放大电路与对 称电源电路电联接。
使用时，对称电源电路提供电源支持，热电阻接口电路的输入端连接三线制PtlOO热电 阻传感器，取得与温度成一定比例关系的电信号，并且将此电信号输入信号放大校正电路进 行放大和线性补偿，使得该信号与温度成线性正比关系，最后经过放大电路的放大提供一定 的电压增益和电流增益，由此放大电路作为末级输出。
如图2所示，热电阻接口电路包括接口 SX3、电阻R5-R7和电位器RW1，接口 SX3的1 脚通过电阻R5连接+12V， 3脚接地，2脚通过电阻R7连接电位器RW1的一端，电位器RW1 的另一端通过电阻R6连接+12V。
使用时，三线制Pt100热电阻传感器的三根引线分别连接在接口 SX3的1脚、2脚、3 脚之间(其中2、 3脚引线的颜色相同，另外一根接l脚)，热电阻接口电路与三线制Pt100 热电阻传感器组成不平衡电桥，采集温度信号，输出与温度信号成一次线性关系的电信号。 电阻R5构成了电桥的第一个桥臂，电阻R6和电位器RW1的上半部分构成了电桥的第二
桥臂，热电阻构成了电桥的第三桥臂，电位器RW1的下半部分与电阻R7构成了电桥的第四 个桥臂，这种情况的电桥定义为不平衡电桥。
信号放大校正电路包括电阻R8-R12、 R14-R16，电容C14、 C15，电位器RW3和运算放大 器IC4A、 IC4B、 IC4D，运算放大器IC4A的正相输入端通过电容C15接地，反相输入端和输 出端之间连接电阻R15，反相输入端还通过串联的电阻R12和电位器RW3连接运算放大器1C4B 的反相输入端，运算放大器IC4A的输出端通过电阻R14连接运算放大器IC4D的反相输入端， 运算放大器IC4B的正相输入端通过电容C14接地，反相输入端和输出端之间连接电阻R8， 输出端通过电阻Rll连接运算放大器IC4D的正相输入端，运算放大器:[C4D的正相输入端通 过电阻R10接地，反相输入端和输出端之间连接电阻R16，输出端连接放大电路的输入端， 运算放大器IC4D的输出端还通过串联的电阻R9和电位器RW2连接运算放大器1C4B的正相 输入端，运算放大器IC4B的正相输入端和运算放大器IC4A的正相输入端连接热电阻接口电 路的输出端。
电桥输出的信号虽然能够正比例的反应温度的变化，但是其幅度与强度仍极非常弱小不 足以适应上位采集的要求，因此还需要对其进行放大。通过采用了典型的三运算放大器结构， 经过放大后的信号己经具有足够的幅度，但由于热电阻的阻值变化与温度变化之间呈现非线 性关系，其阻值变化与温度的升高，呈现单调衰减的现象，故从运算放大器IC4D的输出脚 14脚到电桥的输出端点之间，引入正反馈支路，改变反馈的量来弥补热电阻在温度升高时， 其阻值的单调衰减。从而实现线性补偿，在O"20(TC的量程内，可以补偿到不超过0.3'C的
程度。实际调试的结果表明，补偿到这种程度时的非线性精度可以达至1」=^乂100%=0. 15%。
200
放大电路包括运算放大器IC4C，电阻R13、 R17、 R18，电容C16和接口SX2，运算放大 器IC4C的正相输入端通过电阻R13连接信号放大校正电路的输出端，反相输入端通过电阻 R18接地，反相输入端还通过电阻R17连接运算放大器IC4C的输出端，运算放大器IC4C的 输出端连接接口SX2的1脚，输出端还通过电容C16接地。接口SX2的2脚接地。
集成运算放大器IC4为4个运算放大器，它的最后一个单元，组成一个典型的同相比例 放大器，既可以提供一定的电压增益，又可以提供一定的电流增益，由此单元作为末级输出， 既可以获得较高的功率增益，降低输出阻抗，又提高了带负载能力，从而提供电路的稳定性。
如图3所示，对称电源电路包括接口 SX1、 二极管VD1-VD6、电阻R1-R3、电容C1-C13、 稳压器IC1-IC3和变压器Tl，接口 SX1的1脚通过二极管VD1连接稳压器IC1的6脚，2脚 接地，二极管VD1的负极和地之间连接并联的电容C1、 C2，稳压器IC1的6脚和7脚之间连
接电阻R2， 7脚连接变压器T1的7脚，稳压器IC1的7脚和8脚之间连接电阻R1， 5脚通 过电阻R3接地，5脚还通过串联的电阻R4和二极管VD6连接变压器T1的5脚，4脚接地， 4脚和3脚之间连接有电容C3， 2脚接地，1脚连接变压器Tl的6脚，变压器Tl的二次侧1 脚-3脚连接由二极管VD2-VD5，稳压器IC2、 IC3和电容C4、 C5、 C7-C12组成的对称整流滤 波稳压电路，变压器T1的二次侧的10脚接地，二极管VD6的负极通过并联的电容C6、 C13 接地。
稳压器IC1采用MC34063稳压器。二极管VD2-VD5，稳压器IC2、 IC3和电容C4、 C5、 C7-C12组成的对称整流滤波稳压电路为普通技术人员所掌握，提供+ 12V和一12V电源。
对称性好的、稳定性高的、脉动系数尽可能小的双电源，能够保证集成运算放大电路获 得良好的稳定性和较高的精度。通过采用电源进行DC-DC转换，既可以实现电源的隔离，乂 得到了对称的双电源输出。
权利要求1、一种三线制Pt100热电阻温度变送器，其特征在于包括热电阻接口电路、信号放大校正电路、放大电路和对称电源电路，热电阻接口电路的输出端连接信号放大校正电路的输入端，信号放大校正电路的输出端连接放大电路的输入端，热电阻接口电路、信号放大校正电路和放大电路与对称电源电路电联接。
2、 根据权利要求1所述的三线制Ptl00热电阻温度变送器，其特征在于热电阻接口电 路包括接口SX3、电阻R5-R7和电位器RW1，接口 SX3的1脚通过电阻R5连接+12V， 3脚接 地，2脚通过电阻R7连接电位器RW1的一端，电位器RW1的另一端通过电阻R6连接+ 12V。
3、 根据权利要求1或2所述的三线制Pt100热电阻温度变送器，其特征在于信号放大 校正电路包括电阻R8-R12、 R14-R16，电容C14、 C15，电位器RW3和运算放大器IC4A、 IC4B、 IC4D,运算放大器IC4A的正相输入端通过电容C15接地，反相输入端和输出端之间连接电 阻R15，反相输入端还通过串联的电阻R12和电位器RW3连接运算放大器IC4B的反相输入端， 运算放大器IC4A的输出端通过电阻R14连接运算放大器IC4D的反相输入端,运算放大器]C4B 的正相输入端通过电容C14接地，反相输入端和输出端之间连接电阻R8，输出端通过电阻 Rll连接运算放大器IC4D的正相输入端，运算放大器IC4D的正相输入端通过电阻R10接地， 反相输入端和输出端之间连接电阻R16,输出端连接放大电路的输入端，运算放大器IC4D的 输出端还通过串联的电阻R9和电位器RW2连接运算放大器IC4B的正相输入端，运算放大器 IC4B的正相输入端和运算放大器IC4A的正相输入端连接热电阻接口电路的输出端。
4、 根据权利要求3所述的三线制Pt100热电阻温度变送器，其特征在于对称电源电路 包括接口 SX1、 二极管VD1-VD6、电阻R1-R3、电容C1-C13、稳压器IC1-IC3和变压器Tl ， 接口 SX1的1脚通过二极管VD1连接稳压器IC1的6脚，2脚接地，二极管VD1的负极和地 之间连接并联的电容Cl、 C2，稳压器IC1的6脚和7脚之间连接电阻R2, 7脚连接变压器 Tl的7脚，稳压器IC1的7脚和8脚之间连接电阻R1， 5脚通过电阻R3接地，5脚还通过 串联的电阻R4和二极管VD6连接变压器T1的5脚，4脚接地，4脚和3脚之间连接有电容 C3,2脚接地，1脚连接变压器Tl的6脚，变压器Tl的二次侧1脚-3脚连接由二极管VD2-VD5， 稳压器IC2、 1C3和电容C4、 C5、 C7-C12组成的对称整流滤波稳压电路，变压器Tl的二次 侧的10脚接地，二极管VD6的负极通过并联的电容C6、 C13接地。
5、 根据权利要求1所述的三线制Pt100热电阻温度变送器，其特征在于稳压器IC1采 用MC34063稳压器。
专利摘要本实用新型涉及一种三线制Pt100热电阻温度变送器，属于温度检测器领域，包括热电阻接口电路、信号放大校正电路、放大电路和对称电源电路，热电阻接口电路的输出端连接信号放大校正电路的输入端，信号放大校正电路的输出端连接放大电路的输入端，热电阻接口电路、信号放大校正电路和放大电路与对称电源电路电联接。精确性高，抗干扰能力强并且性价比较高，具有广泛的应用空间。
文档编号G01K7/18GK201060062SQ20072002502
公开日2008年5月14日 申请日期2007年7月3日 优先权日2007年7月3日
发明者铁 孙 申请人:山东新华医疗器械股份有限公司