新型铂热电阻传感器温度采集电路的制作方法

本实用新型涉及一种新型铂热电阻传感器温度采集电路。

背景技术：

温度控制仪在工业生产、电力设备、通讯设备等领域得到广泛应用。在生产中，温度是极其重要的工艺参数，在电力设备运行中，温度对电力设备的影响也是非常重要的，所以对温度控制仪精确、稳定的控制是不可或缺的。

电力设备领域对电力设备运行温度的检测是非常重要的，日常生活，生产、工厂运行等等都离不开电，所以要保证电稳定安全的传输，就必须保证电力设备的安全运行。目前电力控制领域测温普遍采用铂热电阻，铂电阻具有测温范围大、准确度高、性能稳定、重复性好等特点，是一种比较理想的温度检测元件。但铂电阻由于引线电阻、各种环境干扰等影响，温度测量精度受到影响，甚至导致误控制导致电力设备跳闸，对生产、生活影响非常大。

基于电对我们日常生活的重要性，对电力设备的监测也是至关重要。对电力设备运行环境测温主要有三个方面的问题：一、铂热电阻本身阻值小，而电力监测区与测量区距离一般较远，线路电阻对温度的影响比较大；二、传感器出现故障，线路脱落需能检测并报警；三、电力设备运行环境复杂，各种谐波，串模干扰对温度信号影响大。传统的测温设备在消除线电阻方面主要采用三线制平衡电桥法和三线制恒压分压法。

（1）三线制平衡电桥法

对于Pt100铂热电阻，国际温标BS-90中给出其阻值随温度变化关系如式(1)所示。

式中，Rt为热电阻在温度为t℃时的阻值，R0为热电阻在温度为0℃时的阻值，R0=100 Ω，A=3．968 47×10-3℃-1，B=-5．847x10-7℃-2，C=-4．22x10-12℃-3是与传感器自身相关的系数。

由式(1)可知，Pt100热电阻的灵敏度约为0．38 Ω／℃，为减小连接导线的线路电阻对测量结果的影响，一般常用三线制电桥法进行测量。VR=1 V其电路原理如图1所示。Rt为测温电阻，r为连接导线电阻，R1、R2、R3为固定桥臂，R1=R2=1 000 Ω，R3=100 Ω，VR为基准参考电压，G为测量仪表。在该电路中，3根导线分别连接传感器桥臂、电阻桥臂和输出端。采用这个方法可以很容易地测出待测电阻Rt。但是，在实际使用时，温度传感器和测温电路之间往往有一定距离，连接导线的电阻率约为0．1～0．5 Ω／m，连接导线电阻r所引起的测量误差不能忽视。

如图1所示的电桥，在不考虑线路电阻r时，电桥的输出为：V‘c=VRRt／(R1+Rt)-VRR3／(R2+R3)，考虑线路电阻时，电桥输出Vc=VR(Rt+r)／(R1+Rt+r)-VR(R3+r)／(R2+R3+r)，假设电桥在Rt=Rx时电桥平衡，即R2Rx=R1R3，且满足桥臂电阻R1=R2=R3=Rx=R，当Rt发生△R变化时，即Rt=R+△R，可计算出此时电桥因线路电阻r的存在造成的误差为：

可以看出导线电阻r影响Rt的测量结果，并且无法通过调零电路完全消除。

（2）三线制恒压分压法

恒压分压式三线制法测电阻可以排除导线电阻，其等效原理图如图2所示。其中Rt为热电阻。r为导线等效电阻。VR为基准参考电压，VAD是A／D转换器的参考电压，β为电压放大倍数。

由欧姆定律可得基本关系式：

由以上关系式可计算出：

从式(3)可以看出：在已知Rv和VR的情况下，欲求Rt只需测出V2和V1，而与导线电阻r没有关系。且测量精度只取决于RV的精度与V1，V2的测量精度。在电桥法中无法消除的导线电阻在恒压分压式三线制方法中被完全消除。

以上是两种目前常用的测温采集电路，方案一在消除线电阻上不够完全，测温距离远，线电阻大时消除效果不好；方案二在消除线电阻上很好的将线电阻处理完全，远距离测温度没有问题，但是AD采集信过程必须采集两个信号（V1，V2），在设计上需设计两路AD采集或者采用开关切换采集信号。但是热电阻信号是很小的信号在传输过程容易受到线路干扰的影响，上述两个方案在抗干扰方面都没有进行处理，所以在实际应用中是比较欠缺的，综合以上方案，设计了一款新型的测温采集电路。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种新型铂热电阻传感器温度采集电路，该电路使采集到的温度信号更准确、更可靠。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种新型铂热电阻传感器温度采集电路，包括依次连接的第一电路和第二电路，所述第一电路为恒压分压式三线制测温电路，用于消除传输线电阻；所述第二电路为反向低通滤波放大器，用于增强电路的电力环境串模干扰。

在本实用新型一实施例中，所述第一电路包括热电阻传感器、第一至第三线电阻、第一至第四电阻、第一放大器，所述热电阻传感器的一端经第一线电阻连接至地，热电阻传感器的一端还经第二线电阻、第一电阻连接至第一放大器的正相输入，热电阻传感器的另一端经第三线电阻与第二电阻、第三电阻的一端连接，第二电阻的另一端与输入电源正端连接，第三电阻的另一端连接至第一放大器的反相输入，第三电阻的另一端还经第四电阻连接至第一放大器的输出端，并作为第一电路的输出端，所述第一放大器的正电源端、负电源端分别与输入电源正端、输入电源负端连接。

在本实用新型一实施例中，所述第三电阻、第四电阻的阻值相同，第一电阻的阻值为第三电阻、第三电阻阻值的一半。

在本实用新型一实施例中，所述第二电路包括第五至第七电阻、电容、第二放大器、AD模块，所述第一电路的输出端经所述第五电阻与第二放大器的反相输入、第六电阻的一端、电容的一端连接，第六电阻的另一端、电容的另一端与第一放大器的输出端连接，并连接至AD模块，所述第二放大器的正相输入经第七电阻连接至地，所述第二放大器的正电源端、负电源端分别与输入电源正端、输入电源负端连接。

在本实用新型一实施例中，所述第五电阻与第六电阻的阻值相同。

在本实用新型一实施例中，所述热电阻传感器为铂热电阻传感器。

在本实用新型一实施例中，所述第一至第三线电阻即铂热电阻传感器的延长线产生的线电阻。

相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型采用三线制测温，差分减法运放处理线电阻信号，而后信号进入反向低通滤波器进行抗干扰处理，最后AD采集信号，此新型电路完全在硬件电路上将线电阻，各种串模干扰处理完成，使采集到的温度信号更准确、更可靠。

附图说明

图1是现有三线制平衡电桥法测量原理图。

图2是现有恒压分压式三线制法测量原理图。

图3是本实用新型的新型铂热电阻传感器温度采集电路原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的技术方案进行具体说明。

如图3所示，本实用新型的一种新型铂热电阻传感器温度采集电路，包括依次连接的第一电路和第二电路，所述第一电路为恒压分压式三线制测温电路，用于消除传输线电阻；所述第二电路为反向低通滤波放大器，用于增强电路的电力环境串模干扰。所述第一电路包括热电阻传感器、第一至第三线电阻、第一至第四电阻、第一放大器，所述热电阻传感器的一端经第一线电阻连接至地，热电阻传感器的一端还经第二线电阻、第一电阻连接至第一放大器的正相输入，热电阻传感器的另一端经第三线电阻与第二电阻、第三电阻的一端连接，第二电阻的另一端与输入电源正端连接，第三电阻的另一端连接至第一放大器的反相输入，第三电阻的另一端还经第四电阻连接至第一放大器的输出端，并作为第一电路的输出端，所述第一放大器的正电源端、负电源端分别与输入电源正端、输入电源负端连接。所述第二电路包括第五至第七电阻、电容、第二放大器、AD模块，所述第一电路的输出端经所述第五电阻与第二放大器的反相输入、第六电阻的一端、电容的一端连接，第六电阻的另一端、电容的另一端与第一放大器的输出端连接，并连接至AD模块，所述第二放大器的正相输入经第七电阻连接至地，所述第二放大器的正电源端、负电源端分别与输入电源正端、输入电源负端连接。

所述第三电阻、第四电阻的阻值相同，第一电阻的阻值为第三电阻、第三电阻阻值的一半。所述第五电阻与第六电阻的阻值相同。

所述热电阻传感器为铂热电阻传感器。所述第一至第三线电阻即铂热电阻传感器的延长线产生的线电阻。

以下为本实用新型电路的具体实现原理。

如图3所示，本实用新型的新型铂热电阻传感器温度采集电路，此电路分为两部分分别处理以上介绍的两个问题，一个远距离传输线电阻问题，另一个电力环境串模干扰问题。电路具体分析如下：

电路1部分采用恒压分压式三线制法经过改造后设计出的消除线电阻电路，上面已经具体分析过恒压分压式三线制法消除线电阻的效果，在电路中r为线电阻，Rt为热电阻传感器，消除线电阻计算为：

VRt=I*Rt = V1-Vr-Vr （1）

V1=VRt+2Vr=I*(Rt+2r) （2）

V2=Vr=I*r （3）

V3=2*V2-V1=-VRt （4）

从计算(4)得出V3的值最终为VRt的负值。

电路2部分为反向低通滤波放大器，其计算结果如下：

V4=-β*V3=-(R3/R2)*V3 (5)

V4=(R3/R2)* VRt (6)

电路2滤波系数Fp=1/(2π*R2*C1) (7)

由于热电阻本身信号比较小在电路2部分将信号放大后输入AD，最后温度信号值为(R3/R2)* VRt。

以上两部分电路组合后信号值线电阻基本被消除，电路2增强了采集电路的抗干扰能力，使得采集到的温度信号更加精确、稳定。

在实际应用中，铂热电阻传感器延长线应做到长度一样，材质一样这样才能保证每条线上的线电阻基本一致，线电阻的消除才能更完美。

以上是本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本实用新型技术方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。