CN110926644B - 一种三线制测温电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三线制测温电路，包括1)由三线温度传感器PT0与继电器，电阻R0构成的分压电路部分；2)对分压进行运算放大的减法放大电路部分；3)对IN0输入信号进行模数转换和控制K1开合的MCU。接入三线制测温电阻的三根电缆，材质，线径，长度相同；继电器控制温度传感器PT0三线的接入状态，根据K1开环和闭环两种不同的接入状态下的数据输出的差异，计算出连接电缆的内阻，然后根据这个内阻值进行温度补偿。本发明结构科学合理，使用安全方便，电路简单，且量程范围大，适合推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及测温电路技术领域，具体为一种三线制测温电路。
背景技术
热电阻是一种常用的温度传感器，如PT100，NTC30等，热电阻阻值与测量稳定呈单调关系，因此可以根据热电阻阻值计算出待测温度。然而当传感器安装位置与测量仪表之间距离较长时，连接电缆的导线电阻会引起较大的测量误差。为了消除连线电阻影响的方法可以采用三线制接线法。
一般的做法是采用单恒流源或双恒流源法，中国专利号ZL03263202.9公开的一种热电阻温度测量电路，即采用单恒流源法，但这些做法大多电路较复杂，量程范围相对较小。
发明内容
本发明提供一种三线制测温电路，可以有效解决上述背景技术中提出大多电路较复杂，量程范围相对较小的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：电路包括1)由三线温度传感器PT0与继电器，电阻R0构成的分压电路部分；2)对分压进行运算放大的减法放大电路部分；3)对IN0输入信号进行模数转换和控制K1开合的MCU；
要求接入三线制测温电阻的三根电缆，材质，线径，长度相同；继电器控制温度传感器PT0三线的接入状态，根据K1开环和闭环两种不同的接入状态下的数据输出的差异，计算出连接电缆的内阻，然后根据这个内阻值进行温度补偿。与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明结构科学合理，使用安全方便，电路简单，且量程范围大，适合推广使用。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
在附图中：
图1是本发明的电路结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例：如图1所示，本发明提供技术方案，一种三线制测温电路，包括温度传感器PT0，温度传感器PT0与中间继电器K1常开触点和电阻R0并接相连，中间继电器K1线圈通过SW0端控制闭合，且中间继电器K1常开触点另一端与电阻R0串接相连；
电阻R0与电阻R3串联相接，且电阻R1,电阻R2,电阻R3,电阻R4与LM358运算放大器构成一个减法放大器，电阻R4与稳压管D1串接相连；
且电阻R1,电阻R2相互串联，LM358运算放大器输出端与电阻R5串联，且输出信号端为IN0，并与电容C1并联相连。
根据上述技术方案，电阻R0、稳压管D1、电阻R4、LM358运算放大器和电容C1均接地。
根据上述技术方案，一个实施例为中间继电器K1线圈为5V电压，电阻R1电压为2.38V，电容C1的含量为0.1uF。
根据上述技术方案，PT0为PT100温度传感器,PT100的电阻特性为，135度＝151R，-30度＝88.04R，300度＝213.79R(R代表欧姆)；K1为继电器，型号为HF46F-5V，
由SW0端控制闭合，根据上述技术方案，R0＝200R；R1,R2,R3,R4与LM358运算放大器构成一个减法放大器；输出信号端为IN0，对接ADC采样端口(限值3.3V)，一个实施例是选择芯片STM32F103C8T6，此芯片带有多个ADC多通道的采样器，同时IO端输出，经过三极管放大控制SW0高低电平，从而控制继电器的开闭。
根据上述技术方案，R1,R2,R3,R4与LM358运算放大器构成一个减法放大器，满足R1＝R2,R3＝R4,R1:R2＝1:3.0；此减法放大器R1输入端的2.38V电压，由一个220R和一个200R的电阻分压5.0V电源构成；在300度时PT100的电阻为213.79R，IN0输出接近于0；
根据上述技术方案，零点需要在出厂前校正；
300度时PT100阻值213.79R，R3输入端2.42V；
-30度时PT100阻值88.04R，R3输入端3.47V；
根据上述技术方案，使用继电器控制三线的接入状态，根据不同的接入状态下的数据输出的差异，计算出连接电缆的内阻，然后根据这个内阻值进行温度补偿。
根据上述技术方案，电缆的内阻计算步骤如下：
1).按图1接入三线制温度传感器PT0，要求三线电缆的三根线材质相同且线径相同；
2).断开继电器K1，测量出R3输入端电压u1；
3).闭合继电器K1，测量出R3输入端电压u1；
4).假设线缆中每一根导线内阻为r，PT100的电阻值为Rx；
因此有计算公式：
u1/R0＝5.0/(2*r+Rx+R0)；u2/R0＝5.0/(1.5*r+Rx+R0)；
因此有：r＝2*(5.0/u1-5.0/u2)*R0；
根据计算得到的r可以计算出Rx＝5.0*R0/u2-1.5*r-R0；
由此可以在测试中保持K1闭合，实时测量出R3输入端的电压u2，然后根据上式精确计算出PT100的阻值Rx,以此计算出测量温度，此计算在本实施例中由STM32F103C8T6芯片完成。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种三线制测温电路，其特征在于：包括1)由三线温度传感器PT0与中间继电器K1，电阻R0构成的分压电路部分；2)对分压进行运算放大的减法放大电路部分；3)对IN0输入信号进行模数转换和控制中间继电器K1开合的MCU；
接入三线制测温电阻的三根电缆，材质，线径，长度相同；中间继电器K1控制温度传感器PT0三线的接入状态，根据中间继电器K1开环和闭环两种不同的接入状态下的数据输出的差异，计算出连接电缆的内阻，然后根据这个内阻值进行温度补偿；
且电阻R1,电阻R2相互串联，LM358运算放大器输出端与电阻R5串联，且输出信号端为IN0，并与电容C1并联相连；
电阻R0、稳压管D1、电阻R4、LM358运算放大器和电容C1均接地；
中间继电器K1线圈为5V电压；
PT0为PT100温度传感器,K1为中间继电器，型号为HF46F-5V；
由中间继电器K1的SW0端控制闭合，R1,R2,R3,R4与LM358运算放大器构成一个减法放大器；输出信号端为IN0，对接ADC采样端口，STM32F103C8T6芯片带有多个ADC多通道的采样器，同时IO端输出，经过三极管放大控制中间继电器K1的SW0高低电平，从而控制中间继电器K1的开闭；
电缆的内阻计算步骤如下：
1).接入三线温度传感器PT0，要求三线电缆的三根线材质相同且线径相同；
2).断开中间继电器K1，测量出电阻R3输入端电压u1；
3).闭合中间继电器K1，测量出电阻R3输入端电压u2；
4).假设线缆中每一根导线内阻为r，PT100的电阻值为Rx；
因此有计算公式：
u1/R0＝5.0/(2*r+Rx+R0)；u2/R0＝5.0/(1.5*r+Rx+R0)；
因此有：r＝2*(5.0/u1-5.0/u2)*R0；
根据计算得到的r可以计算出Rx＝5.0*R0/u2-1.5*r-R0；
由此可以在测试中保持中间继电器K1闭合，实时测量出电阻R3输入端的电压u2，然后根据上式精确计算出PT100的阻值Rx,以此计算出测量温度。
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