高精度低温漂分立式双匹配恒流源测温电路的制作方法

本发明涉及一种高精度低温漂分立式双匹配恒流源测温电路，它属于温度测量技术领域。

背景技术：

为了消除连接导线的电阻对测量值的影响，要在测量电路中对其进行补偿。目前，仪表行业中所使用的恒流源式热电阻测温电路采用单个恒流源供电，该模式需要硬件电路的补偿或软件算法来近似消除引线电阻对测量值的影响，不能做到绝对消除引线电阻的影响，会增加设计难度，且只能用于一般的工业应用领域，导致测量值与实际值存在较大的偏差，对测量影响大。双恒流源法是三线制pt100铂热电阻采集的方法之一，理论上，双恒流源法可以有效的消除导线电阻，但现有的双恒流源法高度依赖于模数转换芯片，在实际应用中，可拓展性低，单片模数转换芯片只能测量一路pt100，当需多路pt100测量或者增加其他种类模数转换时，此电路不能满足应用。

技术实现要素：

本发明的目的是解决现有双匹配恒流源存在的高度依赖于模数转换器且信号测量拓展性低的技术问题，提供一种高精度低温漂分立式双匹配恒流源测温电路。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种高精度低温漂分立式双匹配恒流源测温电路，其由铂电阻rt、稳压芯片u1、三个双运算放大器u2、u3、u4、模数转换器u5、对称晶体管u6、16个电阻r1～r16和电容c1组成，所述第一、第二、第三电阻r1、r2、r3和铂电阻rt组成三线制铂热电阻pt100，第一电阻r1的2端与电源vcc连接，第一电阻r1的1端与铂电阻rt的2端连接，铂电阻rt的1端与第二电阻r2的2端连接，第二电阻r2的1端与第四电阻r4的2端连接；第四电阻r4的1端与对称晶体管u6的第一三极管q1的集电极连接，对称晶体管u6的第一三极管q1的基极与对称晶体管u6的第二三极管q2的基极和第五电阻r5的1端连接，第五电阻r5的2端与电源vcc连接；对称晶体管u6的第一三极管q1的发射极、对称晶体管u6的第二三极管q2的发射极和第七电阻r7的2端与稳压芯片u1的参考极连接；第七电阻r7的1端与稳压芯片u1的阳极连接并接地；第三电阻r3的2端与第一电阻r1的1端连接，第三电阻r3的1端与第六电阻r6的2端连接后与第二双运算放大器u3的5端连接，第六电阻r6的1端与对称晶体管u6的第二三极管q2的集电极连接；第二电阻r2的1端与第一双运算放大器u2的5端连接；第一双运算放大器u2的6端与第八电阻r8的1端和第九电阻r9的1端连接；第二双运算放大器u3的6端与第八电阻r8的2端和第十电阻r10的1端连接；第十电阻r10的2端与第十三电阻r13的2端和第二双运算放大器u3的7端连接；第九电阻r9的2端与第十一电阻r11的2端和第一双运算放大器u2的7端连接，第三双运算放大器u4的6端与第十一电阻r11的1端和第十二电阻r12的2端连接；第十二电阻r12的1端与第三双运算放大器u4的7端和模数转换器u5的1端连接；第十四电阻r14的2端接地；第十四电阻r14的1端与第十三电阻r13的1端和第三双运算放大器u4的5端连接；模数转换器u5的6端和2端与电容c1的1端连接并接地；模数转换器u5的5端连接电容c1的2端和电源vcc；模数转换器u5的3端与第十六电阻r16的2端连接，模数转换器u5的4端与第十五电阻r15的2端连接；第十五电阻r15的1端和第十六电阻r16的1端与电源vcc连接。

进一步地，所述稳压芯片u1的型号为tl431；所述第一双运算放大器u2、第二双运算放大器u3和第三双运算放大器u4的型号为lm358；所述模数转换器u5的型号为mcp3421，所述对称晶体管u6的型号为ssm2212。

本发明的有益效果为：

1、本发明采用分立式双匹配恒流源电路，为测温电路提供匹配的两路恒流源，本发明能使信号采样部分、信号放大部分、模数转换部分独立出来。

2、本发明减少了芯片使用数量，且便于多路pt100拓展或其他模拟量的测量，降低了设计成本。

附图说明

图1是本发明的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，本实施例中的一种高精度低温漂分立式双匹配恒流源测温电路，其由铂电阻rt、稳压芯片u1、三个双运算放大器u2、u3、u4、模数转换器u5、对称晶体管u6、16个电阻r1～r16和电容c1组成，所述第一、第二、第三电阻r1、r2、r3和铂电阻rt组成三线制铂热电阻pt100，第一电阻r1的2端与电源vcc连接，第一电阻r1的1端与铂电阻rt的2端连接，铂电阻rt的1端与第二电阻r2的2端连接，第二电阻r2的1端与第四电阻r4的2端连接；第四电阻r4的1端与对称晶体管u6的第一三极管q1的集电极连接，对称晶体管u6的第一三极管q1的基极与对称晶体管u6的第二三极管q2的基极和第五电阻r5的1端连接，第五电阻r5的2端与电源vcc连接；对称晶体管u6的第一三极管q1的发射极、对称晶体管u6的第二三极管q2的发射极和第七电阻r7的2端与稳压芯片u1的参考极连接；第七电阻r7的1端与稳压芯片u1的阳极连接并接地；第三电阻r3的2端与第一电阻r1的1端连接，第三电阻r3的1端与第六电阻r6的2端连接后与第二双运算放大器u3的5端连接，第六电阻r6的1端与对称晶体管u6的第二三极管q2的集电极连接；第二电阻r2的1端与第一双运算放大器u2的5端连接；第一双运算放大器u2的6端与第八电阻r8的1端和第九电阻r9的1端连接；第二双运算放大器u3的6端与第八电阻r8的2端和第十电阻r10的1端连接；第十电阻r10的2端与第十三电阻r13的2端和第二双运算放大器u3的7端连接；第九电阻r9的2端与第十一电阻r11的2端和第一双运算放大器u2的7端连接，第三双运算放大器u4的6端与第十一电阻r11的1端和第十二电阻r12的2端连接；第十二电阻r12的1端与第三双运算放大器u4的7端和模数转换器u5的1端连接；第十四电阻r14的2端接地；第十四电阻r14的1端与第十三电阻r13的1端和第三双运算放大器u4的5端连接；模数转换器u5的6端和2端与电容c1的1端连接并接地；模数转换器u5的5端连接电容c1的2端和电源vcc；模数转换器u5的3端与第十六电阻r16的2端连接，模数转换器u5的4端与第十五电阻r15的2端连接；第十五电阻r15的1端和第十六电阻r16的1端与电源vcc连接。所述第一、第二和第三电阻r1、r2、r3为导线的电阻。

所述稳压芯片u1的型号为tl431；所述第一双运算放大器u2、第二双运算放大器u3和第三双运算放大器u4的型号为lm358；所述模数转换器u5的型号为mcp3421，所述对称晶体管u6的型号为ssm2212。

本发明的工作原理为：

双匹配恒流源测温部分(由r1、rt、r2、r4，r5、r3、r6、r7、u1、u6组成)将采集到的差分电压输入到差动放大器(由u2、u3、u4、r8、r9、r10、r11、r12、r13组成)，差动放大器将信号放大后送到模数转换器进行模拟量到数字量的转换，对称晶体管u6的第一三极管q1和对称晶体管u6的第二三极管q2为双通道npn三极管对，即两个三极管的hfe1值和hfe2值趋于一致，可极大的降低晶体管的不对称性。当ib1＝ib2时，流过q1和q2的集电极电流i1和i2的差异性极小。

公式推导：

i1+i2＝vref/r7；i1＝i2；

i1＝i2＝vref/r7/2；

v1＝vcc-i1*(rt+r2)-(i1+i2)*r1；v2＝vcc-(i1+i2)*r1-i2*r3；

由于pt100导线电阻r1＝r2＝r3；运放增益：a＝1+2*r9/r8；

vo＝a(v2-v1)＝a(i1*rt)；

因此rt＝vo/a/i1＝2*vo*r7/a/vref；由rt即可得到所测温度。