一种基于温频转换技术的温度传感装置的制造方法
【专利摘要】一种基于温频转换技术的温度传感装置，属于温度传感领域。本实用新型所述的一种基于温频转换技术的温度传感装置解决了现有温度传感器的灵敏度低的问题。本实用新型所述的一种基于温频转换技术的温度传感装置包括RC振荡电路、分频器、频率计数器和显示电路；RC振荡电路中的热敏电阻用于在其所处环境温度发生变化时引起RC振荡电路输出频率的变化，分频器用于M分频RC振荡电路的输出频率；频率计数器用于测量分频器的输出频率，并将测量结果M倍放大；显示电路用于显示频率计数器输出的测量结果。本实用新型所述的一种基于温频转换技术的温度传感装置用于实现高灵敏度的温度传感。
【专利说明】
-种基于溫频转换技术的溫度传感装置
技术领域
[0001] 本实用新型设及一种溫度传感装置，具体设及一种基于溫频转换技术的溫度传感 装置。
【背景技术】
[0002] 溫度传感器广泛地应用于工农业生产、气象、环保、国防、科研、测震和航天等多个 领域，随着科学技术的不断进步，各个应用领域对溫度传感器灵敏度的要求也越来越高，现 有的溫度传感器可分为半导体式、销电阻式、光纤式W及红外式，其灵敏度较低，无法进行 高灵敏度的传感。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型的目的是为了解决现有溫度传感器的灵敏度低的问题，从而提出了一 种基于溫频转换技术的溫度传感装置。
[0004] 本实用新型所述的一种基于溫频转换技术的溫度传感装置，该装置包括RC振荡电 路、分频器、频率计数器和显示电路；
[0005] RC振荡电路包括电容1、热敏电阻2、第一电阻3、第二电阻4、第Ξ电阻5、第一稳压 二极管6、第二稳压二极管7和运算放大器8,运算放大器8的反相输入端同时与电容1的一端 和热敏电阻2的一端连接，运算放大器8的同相输入端同时与第二电阻4的一端和第Ξ电阻5 的一端连接，运算放大器8的输出端与第一电阻3的一端连接，热敏电阻2的另一端同时与第 一电阻3的另一端、第二电阻4的另一端和第一稳压二极管6的正极连接，第一稳压二极管6 的负极与第二稳压二极管7的负极连接，第二稳压二极管7的正极、第Ξ电阻5的另一端和电 容1的另一端均与电源地连接，第一电阻3与第一稳压二极管6的公共端为RC振荡电路的交 流电压信号输出端；
[0006] 分频器用于Μ分频R讶辰荡电路的输出频率；
[0007] 频率计数器用于测量分频器的输出频率，并将测量结果Μ倍放大；
[0008] 显示电路用于显示频率计数器输出的测量结果；
[0009] Μ为正整数。
[0010] 本实用新型所述的一种基于溫频转换技术的溫度传感装置的原理为：当热敏电阻 所处的环境溫度发生变化时，其电阻值改变，进而使R讶辰荡电路的输出频率发生改变，利用 分频器对RC振荡电路输出的高频率交流电压信号进行Μ分频，使分频后的交流电压信号的 频率在频率计数器能够处理的范围内，频率计数器测量其接收到的交流电压信号的频率， 并将测量结果Μ倍放大，最后通过显示电路显示测量结果。
[0011] 在特定的溫度条件下，本实用新型所述的一种基于溫频转换技术的溫度传感装置 能够对0.0 rc的溫度变化量做出接近1 〇〇〇化的反馈，对rc的溫度变化量做出了接近 lOOOOOHz的反馈。
[0012] 本实用新型所述的一种基于溫频转换技术的溫度传感装置，可监测极为细微的溫 度变化，在溫度变化量很小的情况下有较为可观的频率输出反馈，具有较高的灵敏度和分 辨率，能够实现高灵敏度的传感。
【附图说明】
[0013] 图1是实施方式一所述的一种基于溫频转换技术的溫度传感装置的工作原理图；
[0014] 图2是实施方式一中R讶辰荡电路的电路图；
[0015] 图3是实施方式一中R讶辰荡电路的输出电压波形和电容上的电压波形图；
[0016] 图4是实施方式二中MF-51-3000型负溫度系数热敏电阻的阻值-溫度特性曲线图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0017] 一:参照图1、图2和图3说明本实施方式，本实施方式所述的一种基 于溫频转换技术的溫度传感装置，该装置包括RC振荡电路、分频器、频率计数器和显示电 路；
[0018] RC振荡电路包括电容1、热敏电阻2、第一电阻3、第二电阻4、第Ξ电阻5、第一稳压 二极管6、第二稳压二极管7和运算放大器8,运算放大器8的反相输入端同时与电容1的一端 和热敏电阻2的一端连接，运算放大器8的同相输入端同时与第二电阻4的一端和第Ξ电阻5 的一端连接，运算放大器8的输出端与第一电阻3的一端连接，热敏电阻2的另一端同时与第 一电阻3的另一端、第二电阻4的另一端和第一稳压二极管6的正极连接，第一稳压二极管6 的负极与第二稳压二极管7的负极连接，第二稳压二极管7的正极、第Ξ电阻5的另一端和电 容1的另一端均与电源地连接，第一电阻3与第一稳压二极管6的公共端为RC振荡电路的交 流电压信号输出端；
[0019] 分频器用于Μ分频R讶辰荡电路的输出频率；
[0020] 频率计数器用于测量分频器的输出频率，并将测量结果Μ倍放大；
[0021] 显示电路用于显示频率计数器输出的测量结果；
[0022] Μ为正整数。
[0023] 第一稳压二极管6和第二稳压二极管7将RC振荡电路的输出电压Uo稳定在±Ur之 间。当化=Ur时，热敏电阻2向电容1充电，当电容1上的充电电压^>FUr，F =化/(化+化)时，Uo 翻转，当Uo = -Ur时，热敏电阻2对电容1反向充电，当电容1上的充电电压Uc<-即拥，U厢次 翻转，使化=Ur。
[0024] RC振荡电路的输出频率f为：
[0025]
W
[0026] 公式（1)中，T为R讶辰荡电路输出电压的周期，R为热敏电阻2的电阻值，Ri为第二电 阻4的电阻值，R2为第Ξ电阻5的电阻值，C为电容1的电容值；
[0027] 其中C、化和化均为常量，因此RC振荡电路的输出频率f只与R的大小有关。
【具体实施方式】 [0028] 二:参照图4说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的一 种基于溫频转换技术的溫度传感装置的进一步限定，热敏电阻2为MF-51-3000型号的热敏 电阻。
[0029] 本实施方式所述的一种基于溫频转换技术的溫度传感装置，根据中华人民共和国 第四机械工业部部颁标准《MF51型珠状热敏电阻器(SJ 1554-80)》，选择MF-51-3000型的负 溫度系数热敏电阻，该热敏电阻在-30°C~30°C范围内阻值变化较大；
[0030] MF-51-3000型负溫度系数热敏电阻的阻值与其所处溫度之间的关系可表示为：
[0031]
(2)
[0032] 公式(2)中，R(Ti)为负溫度系数热敏电阻在溫度Τι时的电阻值；
[0033] R(T2)为负溫度系数热敏电阻在额定溫度Τ2时的电阻值，等于680 Ω;
[0034] exp为W自然数e为底的指数；
[0035] β为负溫度系数热敏电阻的热敏指数，等于2200;
[0036] Τι和Τ2均为开氏溫度，Τ2为298.15Κ;
[0037] 将各个常数代入公式(2)可得到公式(3):
[00測
巧）
[0039] 其中ti为Τι对应的摄氏溫度；
[0040] 为了得知该型号电阻在具体溫度下的阻值，使用MATLAB软件制作阻值-溫度特性 曲线图，如图4所示；
[0041 ]并根据阻值-溫度特性曲线图，制作不同溫度条件下热敏电阻的阻值变化表；
[0042] 表1不同溫度条件下热敏电阻的阻值变化
[0043]
[0044] ~由上图可W看出，此电阻在'-30°C -30°C有较为理想的阻值变化' '
[0045] 公式（1)中C取1〇-中，町取100Ω J2取1 Ω，在MF-51-3000型热敏电阻出于-30°C~ 30°C的条件下，分别将10°C、19°C、19.9°C、19.99°C、20°C时，MF-51-3000型热敏电阻对应的 阻值代入到公式(1)，可得：
[0046] f(l〇°C)=251185細 Z
[0047] f(19°C )=317759細 Z
[0048] f(19.9°C)=3264107Hz
[0049] f (19.99°C )=327303 甜 Z
[0050] f(20°C)=3274011Hz；
[0051 ]由W上数据可见，在特定的溫度条件下，本实施方式所述的溫度传感装置对0.01 °C的溫度变化量做出了接近1000化的频率反馈，对rC的溫度变化量做出了接近100000化 的频率反馈；
[0052]在不同的测溫需求下，可W更换热敏电阻W及电容来得到最佳、最大的精度。
【具体实施方式】 [0053] Ξ:本实施方式是对实施方式一所述的一种基于溫频转换技术的溫 度传感装置的进一步限定，运算放大器8为LM4562型号的运算放大器。
[0054] LM4562型运算放大器是高性能音频专用双运放，具有极低失真率、低噪声、高转换 速率、工作电压范围大W及输出电流大等优点。在标准工作状态下，该运算放大器的输入噪 声密度低至2.化￥^/^，输出电流达261114，可驱动600〇的负载，转换速率达2(^/43，增益带 宽积高达55MHz，可处理频率范围高达55MHz。
【具体实施方式】 [0055] 四：本实施方式是对实施方式一所述的一种基于溫频转换技术的溫 度传感装置的进一步限定，分频器为74肥4040型号的分频器。
[0056] 为了增大能够测量的输出频率范围，本实施方式中的分频器在硬件上采用 74HC4040型号的分频器，该型号的分频器为12位的二进制分频器，采用多个D触发器级联的 方式，对输入信号进行分频，输入信号从10号引脚输入，7号脚为4分频输出，6号脚为8分频 输出，5号脚为16分频输出，3号脚为32分频输出，2号脚为64分频输出，4号脚为128分频输 出，13号脚为256分频输出，12号脚为512分频输出。
【具体实施方式】 [0057] 五:本实施方式是对实施方式一所述的一种基于溫频转换技术的溫 度传感装置的进一步限定，频率计数器采用STC89C52RC型号的忍片实现。
[005引 STC89C52RC型号的忍片为16位高可靠、低功耗的处理器，最高时钟频率为80MHz， flash存储器的存储空间为8KB，可反复擦写编程，其内部集成了 3个16位定时器/计数器，内 置看口狗电路，具有一定抗干扰性;其P3.4引脚作为交流频率的输入端;考虑到方便软件计 算和准确测量，选用12MHz晶振。为保证信号测量精度，可预置测量闽口时间，通过软件控制 定时计数，使在闽口时间内最大限度地测量多个信号频率、周期。另外，WlOMHz基准信号源 对测量过程进行校正，P3.2引脚作为lOMHz基准信号源的输入端。
[0059]【具体实施方式】六:本实施方式是对实施方式一所述的一种基于溫频转换技术的溫 度传感装置的进一步限定，显示电路采用8位L邸数码管实现。
【主权项】
1. 一种基于温频转换技术的温度传感装置，其特征在于，该装置包括RC振荡电路、分频 器、频率计数器和显示电路； RC振荡电路包括电容（1)、热敏电阻（2)、第一电阻（3)、第二电阻(4)、第三电阻（5)、第 一稳压二极管(6)、第二稳压二极管(7)和运算放大器(8)，运算放大器(8)的反相输入端同 时与电容（1)的一端和热敏电阻（2)的一端连接，运算放大器(8)的同相输入端同时与第二 电阻(4)的一端和第三电阻(5)的一端连接，运算放大器(8)的输出端与第一电阻(3)的一端 连接，热敏电阻(2)的另一端同时与第一电阻(3)的另一端、第二电阻(4)的另一端和第一稳 压二极管(6)的正极连接，第一稳压二极管(6)的负极与第二稳压二极管(7)的负极连接，第 二稳压二极管(7)的正极、第三电阻(5)的另一端和电容（1)的另一端均与电源地连接，第一 电阻(3)与第一稳压二极管(6)的公共端为RC振荡电路的交流电压信号输出端； 分频器用于Μ分频RC振荡电路的输出频率； 频率计数器用于测量分频器的输出频率，并将测量结果Μ倍放大； 显示电路用于显示频率计数器输出的测量结果； Μ为正整数。2. 根据权利要求1所述的一种基于温频转换技术的温度传感装置，其特征在于，热敏电 阻(2)为MF-51-3000型号的热敏电阻。3. 根据权利要求1所述的一种基于温频转换技术的温度传感装置，其特征在于，运算放 大器(8)为LM4562型号的运算放大器。4. 根据权利要求1所述的一种基于温频转换技术的温度传感装置，其特征在于，分频器 为74HC4040型号的分频器。5. 根据权利要求1所述的一种基于温频转换技术的温度传感装置，其特征在于，频率计 数器采用STC89C52RC型号的芯片实现。6. 根据权利要求1所述的一种基于温频转换技术的温度传感装置，其特征在于，显示电 路采用8位LED数码管实现。
【文档编号】G01K7/22GK205670053SQ201620607113
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年6月20日
【发明人】孙崐, 张子通, 迟明伟
【申请人】哈尔滨理工大学