一种恒流源电路的巧妙设计

1、第27卷第8期2006年8月仪器仪表学报Chinese Journal of Scientific InstrumentVol127No18Aug12006一种恒流源电路的巧妙设计3卫永琴高建峰(山东科技大学信息与电气工程学院青岛266510摘要本文主要介绍了在温度巡检仪系统中恒流源电路的巧妙设计,系统采用恒流源电路作为信号的获取电路,恒流源电路是采用价格低廉的器件通过比较巧妙的设计构成的,恒流效果十分理想。同时也介绍了温度传感器在现场的安装技术。关键词恒流源温度传感器现场安装中图分类号TP216文献标识码B国家标准学科分类代码510.99Artf ul design of a constan

2、t current source circuitWei Y ongqinGao Jianfeng(college of I nf or.&Elec.Eng,S US T,Qing dao266510,ChinaAbstractThis paper int roduces t he artf ul design of a constant current source circuit in t he temperat ure meas2 urement system.This system uses constant current source circuit to obtain signal

3、.The circuit uses low p rice component s artf ully,and t he performance of t he circuit is very nice.At t he same time,t his paper also int ro2 duces t he temperat ure sensor on site installatio n technique.K ey w ordsconstant current sourcetemperat ure sensoron siteinstallation1引言目前市场上针对温度测量的检测仪器不少

4、,而且其制作的水平无论在工艺还是在测量的精度上都在不断地提高,但要得到高精度、宽量程以及多通道的温度检测仪,价格都十分昂贵。针对这一情况,本文运用比较常规的温度传感器以及价格低廉的电子元件构成低成本、高性能的智能系统。2系统的原理结构图根据目前智能仪表的一般特点,系统的原理结构框图如图1所示。从图1可知,系统主要包括构成智能测量系统核心的微处理器、检测温度的敏感元件-Pt100铂热电阻式温度传感器、信号的采集电路-恒流源电路、信号的切换及偏置放大电路、A/D转换电路、显示输出电路、 通信电路、图1温度巡检仪原理结构图存储电路以及电源电路。3恒流源电路3.1恒流源电路的设计将来自现场传感器的信号

5、变换成前向通道中A/D 转换器能识别的信号是调理电路的作用。作为本系统,由于温度传感器是Pt100热电阻,因此调理电路完成的怎样,将与温度有关的电阻信号变换成能被A/D转换器接受的电压信号有密切关系。恒流源电路作为调理电路3本文于2005年5月收到。第8期卫永琴等:一种恒流源电路的巧妙设计1171的一部分其作用至关重要。由Pt100构成信号的获取电路常用的方法有2种,一种是十分常见的单臂桥电路;一种是运用恒流源电路,将恒流源通过温度传感器,温度传感器两端的电压即反映温度的变化。上述2种电路的结构形式如图2所示。 图22种信号获取电路的结构根据测试技术的有关知识可知,图2(a 的输出与电 阻的阻

6、值不是正比的关系,因而数据处理起来特别麻烦,尤其是用单片机来处理这些非线性的问题;而图2(b 中由于恒流源的作用,使得电压输出与电阻成良好的线性关系,因此,本系统采用恒流源电路来获取温度信号。恒流源电路的设计,有用三极管构成的,有用专门的恒流管,也有用价格低廉的器件通过比较巧妙的设计构成的。本系统是采用价格低廉的运放为核心来构成的,根据以往的运用经验,恒流效果十分理想,系统设计的恒流源电路如图3所示。 图3由运放构成的恒流源电路在图3中,由于运放虚地的结果,造成OP 207的反相输入端为0V ,而图中1.5k 电阻的下端由于运用精密的电压源L M33622.5,外加调整电路,该点电压可调整为2

7、.500V ;由于运放的输入阻抗极高,输入端可以认为不吸入电流,因此从1.5k 电阻上流过的电流大小固定而且一定等于OP 207输出端流入Pt100铂热电阻温度传感器的电流,从而达到恒流的效果,连接Pt100两端的压差正好反映温度变化的信号送入后级的放大器。这里值得注意的是为使恒流的效果好,图中1.5k 电阻的精度及温度稳定性要好,并且一定要选择输入阻抗高的运放,包括产生虚地处的运放(图中的OP 207和后级的放大器(图中的AD620;最后一点是参考电压(图中是-2.5V 的稳定性要高。3.2温度传感器在现场的安装技术因为温度传感器直接接在恒流源电路中,所以温度传感器在现场的安装对于本系统来说

8、是至关重要的,如果安装方法不当,就会直接造成设计的失败。例如,若采用将上图中的Pt100铂热电阻温度传感器从图示位置拉出安装在现场,就会由于不同的测量现场,线路长度的不一造成线路阻抗的不一;而且该线路的阻抗与温度传感器的阻值都成了反映温度变化的变量,直接送入后级放大器,显然是错误的,这种接线方法称之谓两线制,其电气原理图如图4(a 所示。下面再来看图4(b 中的四线制,后级得到的电压值还是Pt100热电阻两端的电压,由于后级运放的高阻抗,中间的2根长线实际上是不产生压降的,而电路板的- 2.5V 电压如果还是很准的话,OP07的虚地概念继续存在,高质量的电阻依旧,则恒流值是不变的,故系统可完全

9、不考虑多个测点到达本测量系统的距离不一的问题。因此,四线制尽管多花消了线路成本,但达到了高精度的目标,这对于本高精度的温度测量系统来说是非常关键的。图4两线制与四线制的电路区别4结论最后通过了样机的测试调试,实验是通过标准电阻箱给出的标准电阻值来替代现场的温度传感器,表1、表2是在不同距离下对传感器的部分测量值(这里需要说明的是所有的温度标定均在实验室通过0.01级的电阻箱上进行,并利用温度传感器厂家提供的分度表上进行比对的。表1传感器距离3m 时测得的部分测点数据表理论测量误差理论测量误差00.120.12200200.130.132019.950.05220219.980.024040.0

10、50.05240239.950.056059.960.04410410.120.128079.930.07430430.120.12从这2组数据可看出距离的几何长短不影响测量的结果,只有极各别数据略超出误差允许的范围,同时从测1172仪器仪表学报第27卷表2传感器距离200m时测得的部分测点数据表理论测量误差理论测量误差00.130.13200200.110.112019.960.04220220.020.024040.030.03240239.940.066059.980.02410410.090.098079.910.09430430.080.08 量的误差中可看到设计基本上达到0.2的设计要求,因此,恒流源的设计是合理且基本成功的,达到了预期价格低廉性能稳定的要求。参考文献