一种可实时调整的高精度双恒流源电路的制作方法

本实用新型涉及一种高精度双恒流源电路，用于工业生产过程中用热电阻感温元件测量温度参数。

背景技术：

在工业生产过程中，由于热电阻感温元件测量精度高，性能稳定，加工容易，被广泛应用于工业中低温区的温度测量。热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件，通常需要把电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或测量仪表上。热电阻通常安装在工业现场，与控制室之间存在一定的距离，因此热电阻的引线对测量结果会有较大的影响。

目前热电阻的引线主要有二线制、三线制和四线制三种方式，图1A至图1C为三种方式的引线图。其中二线制引线方式简单，但测温时需要预先知道测量回路的引线电阻，比较麻烦，适用于测量精度较低的场合。三线制引线方式与双恒流源或电桥配套使用能消除引线电阻的影响，是工业过程控制中的最常用的方式。四线制引线方式是通过两根引线(如图1C中的A、B线)为热电阻R_t提供恒定电流I，把电阻R转换成电压信号U，再通过另两根引线(如图1C中的a、b线)把U引至测量仪表。这种引线方式可完全消除引线电阻的影响，主要用于高精度的温度检测。

由于用恒定电流I通过电阻，把电阻R转换成电压信号U的测量方式比较简单，因此在温度测量仪表上比较常用，并且用恒流三极管CRT得到恒定电流I的方法也简单。图2为由恒流三极管CRT产生恒定电流I的电路图，其中D₁为普通稳压二级管，R_K为可调电阻，电流I_o＝V_bo/R_K，V_bo为b点与o点之间的电压差，调节可调电阻R_K能获得连续变化的恒定电流。这种由恒流三极管CRT组成的恒流源在热电阻四线制引线方式中比较常用，在热电阻三线制引线方式中由于需要双恒流源，使用这种方式得到二个相同电流值的恒流源调试生产比较麻烦。

技术实现要素：

本实用新型的目的提供一种可实时调整的高精度双恒流源，并且实现简单，热电阻三线制、四线制引线方式都适用。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是提供了一种可实时调整的高精度双恒流源电路，包括控制单元，控制单元与人机交互单元及通信单元相连，其特征在于，还包括双恒流源，该双恒流源包括运放U_1A及运放U_1B，运放U_1A及运放U_1B的反相输入端分别经由电阻R₁及电阻R₂连接基准电压，运放U_1A及运放U_1B的同相输入端与控制单元的信号输出端相连，三极管T₁的发射极与运放U_1A的反相输入端相连，三极管T₁的基极与运放U_1A的输出端相连，三极管T₁的集电极形成输出电流I₁，三极管T₂的发射极与运放U_1B的反相输入端相连，三极管T₂的基极与运放U_1B的输出端相连，三极管T₂的集电极形成输出电流I₂。

优选地，所述控制单元采用集成ADC和DAC的微处理器MCU。

本实用新型实现简单、可靠，不仅适用于同一热电阻感温元件三线制和四线制引线方式的测量，也适用于不同类型的热电阻感温元件的测量，并且可达到相同的测量精度。

附图说明

图1A至图1C为三种方式的引线图；

图2为由恒流三极管CRT产生恒定电流I的电路图；

图3为本实用新型的电路图；

图4A及图4B为热电阻四线制和三线制引线方式下的分别用单恒流源和双恒流源测量电阻值的方法示意图。

具体实施方式

为使本实用新型更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

随着微电子技术的发展，集成ADC和DAC的微处理器MCU已比较常见，本实用新型采用的MCU是ADuC824，ADuC824是一款集成一个24位ADC、一个16位ADC和一个12位DAC的8位微处理器，非常适合在测量仪表中使用。

图3为本实用新型的系统图，主要由双恒流源、集成ADC和DAC的微处理器MCU、液晶显示LCD、按键、RS485通讯电路组成。其中双恒流源由运放U_1A、U_1B、三极管T₁、T₂、相同阻值的高精度电阻R₁、R₂、2.5V基准电压组成。按键和液晶显示LCD的功能为设置和显示系统组态数据以及测量数据；RS485通讯电路的功能为把测量数据送计算机监控系统作进一步数据处理。

双恒流源的电流：I₁＝(2.5-V₁)/R₁，由于运放U_1A的电压跟随作用，电压V₁和V_r相等，所以I₁＝(2.5-V_r)/R₁；同理电流I₂＝(2.5-V₂)/R₂，即I₂＝(2.5-V_r)/R₂。

由于R₁、R₂是阻值相同的高精度电阻，所以电流I₁和I₂相同，这样只要调整V_r的电压值就可以得到测量仪表所需电流值的双恒流源。

Pt100、Cu50热电阻感温元件在工业生产过程中应用最为广泛，当温度为0℃时Pt100的阻值为100Ω，Cu50的阻值为50Ω。对测量仪表来说，测量信号自身值大一点测量相对容易，为了使感温元件用Cu50和Pt100具有相同的测量精度，需要用不同值的恒流源。一般Pt100热电阻用1mA的恒流源，Cu50热电阻用2mA的恒流源。这样电阻R₁、R₂的阻值为500Ω时，DAC输出电压V_r等于2V时，就得到1mA的恒流源，DAC输出电压V_r等于1.5V时，就得到2mA的恒流源。因此MCU只要根据所设置的热电阻类型就可以通过DAC实时输出对应的电压值，从而得到所需的恒流源。

图4A及图4B为热电阻四线制和三线制引线方式下的分别用单恒流源和双恒流源测量电阻值的方法：

(1)热电阻四线制引线方式时，恒流源I₁从A线经过热电阻R_t再流过B线回到参考地，把电阻R转换成电压信号U，通过a、b线引到ADC的前置放大器，进行信号放大后再进行A/D转换；

(2)热电阻三线制引线方式时，恒流源I₁从A线经过热电阻R_t再流过C线回到参考地，恒流源I₂从B线经过C线回到参考地。把电阻R转换成电压信号U后，通过A、B线引到ADC的前置放大器，进行信号放大后再进行A/D转换。把热电阻R_t的电阻信号转换成电压信号的是电流I₁，电流I₂的作用自动消除A、B线的线路电阻产生的额外电压，这就是热电阻三线制引线方式使用双恒流源的目的。

(3)根据前面所述，双恒流源可以同时适合在热电阻四线制和三线制引线方式中使用。

(4)MCU通过DAC输出不同的电压V_r，可实时得到所需电流值的恒流源，硬件电路元件不用作任何改变，提高了测量仪表对不同类型热电阻的适用性。