温度测量电路及变送器的制作方法

本公开总体上涉及温度测量电路及变送器，具体地，涉及一种三线热电阻温度测量电路及包括该温度测量电路的变送器。

背景技术：

热电阻器是一种常规温度测量元件。热电阻器的电阻随温度变化而变化。基于电阻和温度的已知关系，可以根据电阻确定温度。通常热电阻器材料包括铜、铂、镍及镍/铁合金。

在使用热电阻器测量温度时，温度测量电路不可避免的引入了用于连接热电阻器的布线的电阻。为了保证测量的准确性，在确定测量温度的过程中，需要知道布线的电阻值，从而可以利用真实的热电阻器的电阻值确定温度。

通常，上述布线的电阻值是用户手动输入的预定值。

例如，对于能够确定温度的含热电阻温度测量电路的变送器，通常，会确定串联有热电阻器的串联支路两端的电位差及该串联支路的电流，利用该电位差及电流确定该串联支路的总电阻，从总电阻中扣除用户输入的该串联支路的布线的电阻值就可以得到热电阻器的电阻，从而利用该电阻确定温度。

技术实现要素：

在下文中将给出关于本公开的简要概述，以便提供关于本公开的某些方面的基本理解。应当理解，此概述并不是关于本公开的穷举性概述。它并不是意图确定本公开的关键或重要部分，也不是意图限定本公开的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

在使用热电阻器温度测量电路测量温度时，由于温度变化、电接触情况变化等，布线的阻值可能会变化，从而导致温度测量结果不准确。基于前述发现，发明人提供了本公开的技术方案。

根据本公开的一方面，提供了一种温度测量电路，该温度测量电路包括热电阻器、受控开关、第一布线、第二布线、第一二极管、第二二极管、第三布线和基准电阻器，其中：热电阻器的第一端子经由第一布线连接至受控开关的第一端子；热电阻器的第二端子经由第二布线连接至第一二极管的第一端子；热电阻器的第二端子还经由第三布线连接至基准电阻器的第一端子；基准电阻器的第一端子还与第二二极管的第二端子连接；第二二极管的第一端子和第一二极管的第一端子连接，其中，第二二极管的第一端子和第一二极管的第一端子的极性相同；并且第一二极管的第二端子和受控开关的第二端子连接。

根据本公开的另一方面，提供了一种变送器，其包括前述温度测量电路。

该温度测量电路至少具有测量结果准确的有益技术效果，同时也免除了手动输入布线的电阻。

附图说明

本公开可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分。在附图中：

图1a是根据本公开的一个实施例的温度测量电路；

图1b是图1a中的温度测量电路的等效电路；

图1c是在图1b中受控开关断开时，温度测量电路100b的等效电路；以及

图1d是在图1b中受控开关接通且第一二极管未正向导通时，温度测量电路100b的等效电路。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本公开的示例性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施例的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中可以做出很多特定于实施例的决定，以便实现开发人员的具体目标，并且这些决定可能会随着实施例的不同而有所改变。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本公开，在附图中仅仅示出了与根据本公开的方案密切相关的装置结构，而省略了与本公开关系不大的其他细节。

下面介绍温度测量电路的一个实施例。

图1a是根据本公开的一个实施例的温度测量电路100a。如图所示，温度测量电路100a包括热电阻器RL、受控开关Q402、第一布线W1、第二布线W2、第一二极管D401、第二二极管D402、第三布线W3和基准电阻器R0。

温度测量电路100a是一种三线热电阻温度测量电路。如图1a中所示：热电阻器RL的第一端子RTD_HI经由第一布线W1在第一节点n1连接至受控开关Q402的第一端子；热电阻器RL的第二端子RTD_LO经由第二布线W2在第三节点n3连接至第一二极管D401的第一端子；热电阻器RL的第二端子RTD_LO还经由第三布线W3在第四节点n4处连接至基准电阻器R0的第一端子；基准电阻器R0的第一端子还与第二二极管D402的第二端子连接；第二二极管D402的第一端子和所述第一二极管D401的第一端子在第三节点n3处连接，其中，第二二极管D402的第一端子和第一二极管D401的第一端子的极性相同；并且第一二极管D401的第二端子和受控开关Q402的第二端子在第二节点n2处连接。

在电路设计时，通过测量等手段，第一布线W1的电阻rw1、第二布线W2的电阻rw2第三布线W3的电阻rw3满足：rw1＝rw2＝rw3。

图1b是图1a中的温度测量电路的等效电路。需要注意的是，图1a中为了连接各个元件，使用了多段电路布线。参见图1b，为了便于理解，将第一节点n1与热电阻器RL的第一端子RTD_HI之间、第三节点n3与热电阻器RL的第二端子RTD_LO之间、热电阻器RL的第二端子RTD_LO与第四节点n4之间的布线电阻分别表示为第一布线电阻器Rw1、第二布线电阻器Rw2、第三布线电阻器Rw3。第一、二、三布线电阻器Rw1、Rw2、Rw3的阻值rw1、rw2、rw3可以例如是0.1欧姆量级。作为示例可以均为0.3欧姆。可以通过将各段布线的规格(例如材料、长度、形状、截面积)选择为相同(即，第一布线W1的电阻、第二布线W2的电阻及第三布线W3的电阻之间的比为1:1:1)，实现第一、二、三布线W1、W2、W3的阻值相同。

在图1a、图1b中，作为示例，以第二二极管D402和第一二极管D401的负极均和第三节点n3连接的方式来实现第二二极管D402和第一二极管D401反接。

作为示例，受控开关Q402可以为MOS晶体管。可以使用数字信号处理器产生MOS晶体管的控制信号PH12。控制信号PH12经例如阻值为10k欧姆的电阻器R422输入MOS晶体管的栅极。受控开关Q402的第一端子和第二端子可以分别为MOS晶体管的源极和漏极，当MOS晶体管导通(即受控开关接通)时，在第一节点n1和第二节点n2之间有电流流动。当MOS晶体管截止(即受控开关断开)时，在第一节点n1和第二节点n2之间没有电流流动。

在图1b中，诸如2.5V的电压Vs(电源)通过第一电阻器R412向第二节点n2施加合适的电位。优选，第一电阻器R412使得：当受控开关Q402接通时，第一二极管D401未正向导通。第一电阻器R412具有例如在室温下高于4000欧姆的电阻。

为了确定热电阻器RL的阻值，温度测量电路100b还包括用于确定第一节点n1、第四节点n4(即，基准电阻器的第一端子)和基准节点nref(即，基准电阻器R0的第二端子)处的电位的模数转换器(图1a、图1b、图1c、图1d中未示出)。确定电位的模数转换器为常规技术，在此不再赘述。

热电阻器RL为常规热电阻器。作为示例，热电阻器可以在-200℃至200℃范围内具有18欧姆至175欧姆范围的电阻。

基准电阻器R0可以经由基准节点nref和电阻器R417连接。基准电阻器R0具有例如在室温下在80-120欧姆范围的电阻。作为示例，基准电阻器R0的阻值为100欧姆。电阻器R417的阻值例如为2k欧姆。电阻器R417可以和电路地GND_A连接。

下面介绍根据测量电路100b确定温度的基本原理。

图1c是在图1b中受控开关Q402断开时，温度测量电路100b的等效电路100c。由于受控开关Q402断开，电流经n2、D401、Rw2、Rw3、n4、R0、nref流动。利用模数转换器可以确定出端子RTD_LO、节点n4、节点nref处的电位Vo、V4和Vref。此时Vo＝V1，因为，在受控开关Q402断开时，没有电流流经RL和Rw1，端子RTD_LO和节点n1处的电位是相等的。在实际的电路中，由于模数转换器(模数转换器芯片)接入口的限制，Vo是没有被采集的，采集的只有V1和V4，并且可以得出等式(1)。

$\frac{Vo-V4}{rw3}=\frac{V4-Vref}{r0}---\left(1\right)$

根据等式(1)可以确定rw3。从而rw1、rw2也被确定。

图1d是在图1b中受控开关Q402接通且第一正向二极管D401未正向导通(如在V1'-Vo'<0.6V时)时，温度测量电路100b的等效电路100d。由于受控开关Q402接通，电流经n2、Q402、Rw1、RL、Rw3、n4、R0、nref流动。利用模数转换器可以确定出节点n1、节点n4、节点nref处的电位V1'、V4'和Vref'。并且可以得出等式(2)。

$\frac{V{1}^{\&prime;}-V{4}^{\&prime;}}{rw1+rL+rw3}=\frac{V{4}^{\&prime;}-{\mathrm{Vref}}^{\&prime;}}{r0}---\left(2\right)$

根据等式(2)可以确定rL。进而，根据rL可以确定温度。需要说明的是：当希望利用等式(2)确定rL时，需选择电路的元件的电气参数，使得受控开关Q402接通时第一正向二极管D401未正向导通，而且W3的阻值rw3和W1的阻值rw1相同；或者，根据V1'-Vo'和第一二极管D401的最低正向导通电压的比较，当前者小于后者时，使用等式(2)。前述比较、根据rL确定温度均可以利用微处理器来执行。

本公开实施例中的温度测量电路可用于能够确定温度的含热电阻温度测量电路的变送器。例如，该变送器包括温度测量电路100a。

根据以上描述可知，本公开的温度测量电路为三线热电阻温度测量电路，在确定温度时，不需要用户手动输入布线的电阻，提高了测量电路的自动化程度。本公开的温度测量电路不需要用户手动输入布线的电阻，避免了当温度变化时，布线的电阻变化对温度测量准确度的影响，从而提高了测量的准确度。

尽管上面已经通过对本公开的具体实施例的描述对本公开进行了披露，但是，应该理解，本领域的技术人员可在所附权利要求的精神和范围内设计对本公开的各种修改、改进或者等同物。这些修改、改进或者等同物也应当被认为包括在本公开的保护范围内。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素或组件的存在或附加。涉及序数的术语“第一”或“第二”等并不表示这些术语所限定的特征、要素或组件的实施顺序或者重要性程度，而仅仅是为了描述清楚起见而用于在这些特征、要素或组件之间进行标识。