專利名稱：溫度測量電路的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及使用測溫電阻作為溫度傳感器得到對應于溫度的放大器輸出電壓的溫度測量電路。
圖5是表示以往溫度測量電路一例的電路圖，圖中，1是放大對應于測溫電阻R的電阻變化的電壓的運算放大器，2a、2b是將電流I供給測溫電阻器R等的第1、第2恒流源，R2，R3是確定設置運算放大器1的放大系數(shù)等的電路常數(shù)的電阻，r是布線電阻。
接下來就動作進行說明。
測溫電阻器R其電阻值隨周圍溫度變化面變化。因而，如果電阻值發(fā)生變化，則由于該測溫電阻所產(chǎn)生的電壓降部分(成分)也起變化，所以通過將來自第1、第2恒流源2a、2b的恒定電流I供給測溫電阻器R，將電阻值的變化變換成(R-V變換)電壓大小的變化，并將該電壓大小的變化輸入到運算放大器1。運算放大大器1將測溫電阻器R所產(chǎn)生的電壓降部分進行放大后輸出。因此，運算放大器1的輸出電壓的大小就成了對應于所述測溫電阻器R周圍的溫度的值。
這里，若如圖6(A)所示那樣測溫電阻器R的電阻值相對于溫度發(fā)生變化，則如圖6(B)所示那樣通過所述的R(電阻)-V(電壓)變化，電阻值的變化變成了電壓值的變化，通過運算放大器1將該電壓值的變化進行放大，就成了如圖6(C)所示的那樣對應于所述溫度的電壓并作為來自運算放大器1的放大器輸出向外界輸出。另外，因為與由第2恒流源2b供給的電流I相比較從運算放大器1來的電流小，將其忽略，或者由于R＞＞r，將布線電阻r看做為0，若假定運算放大器1的增益(Gain)為G，則運算放大器1的輸出電壓V0就成為V0＝R×I×G。
然而，作為溫度傳感器除了圖5所示的測溫電阻器R外，還有熱電偶等。圖7(A)是表示該熱電偶的輸出電壓和溫標(Temperature Scale)的關(guān)系的特性圖，當溫度為0℃時，其輸出電壓為0V，隨著溫度上升其輸出電壓大致線性地上升。與上述的以往例子一樣，在運算放大器1等中放大這樣的熱電偶的輸出電壓后所得到的放大器輸出電壓就成了圖7(B)所示的那樣的特性圖，在0℃時，其輸出電壓為0，隨著溫度上升，其輸出電壓大致上成線性地上升。即，已存在這樣的課題，在作為溫度傳感器而使用了的熱電偶的情況下，即使放大，動態(tài)范圍(〔db〕、有效范圍)也大，但在使用測溫電阻器的情況下，由于在0℃時包含著100Ω的偏差，所以即使放大其動態(tài)范圍也不能選取過大。
而且，使用側(cè)溫電阻器R作為溫度傳感器時，由于如圖6(A)所示的那樣，在0℃時存在100Ω的偏差部分，它將如圖6(B)所示的那樣產(chǎn)生偏差電壓，又因為運算放大器1包含偏差部分并必須放大測溫電阻器R的電阻變化，所以不能較大地放大所述電阻變化，其結(jié)果就有有效分解度(對輸入溫度范圍的放大器輸出范圍的比率或變化率)變小了的不理想的情況。
圖8是比較使用熱電偶和使用測溫電阻器作為溫度傳感器時的輸入溫度范圍、傳感器輸出值、放大器輸出電壓、變化率的具體數(shù)值的圖表。在使用了熱電偶的例子中，運算放大器的放大系數(shù)為610.5倍(假定最大輸入電壓為2.5V時的放大系數(shù))，而在使用了測溫電阻器的例子中，運算放大器的放大系數(shù)為17.9倍(假定最大輸入電壓為2.5V時的放大系數(shù)，供給傳感器的電流為1mA)。
結(jié)果，由于在使用了測溫電阻器作為溫度傳感器時，在0℃時其電阻也有100Ω、這就成為偏差部分(電流流過100Ω時所產(chǎn)生的電壓降部分的偏差)，所以由圖8的圖表也可明白，在下一級運算放大器1中將傳感器R的輸出放大得更大、并使輸出電壓的范圍(Range)取得更寬是困難的。
在使用熱電偶作為溫度傳感器的情況下，0℃時，因為電壓降為0V，所以在下一級運算放大器1中就能夠?qū)碜詡鞲衅鱎的輸出放大得更大、并使其放大器的輸出電壓范圍取得更寬。
圖9是表示以往的溫度測量電路的其他例的電路圖，圖中，第1、第2恒流源3a、3b連接在運算放大器1的輸入端。其他構(gòu)成與圖5所示的以往例子相同，因為同一部件使用同一符號進行說明，故說明從略。
接下來對動作進行說明。
測溫電阻器R例如如

圖10(A)所示的那樣，其電阻值隨周圍的溫度變化而變化。這種情況下，由于Vref的第1、第2恒流源3a、3b連接在運算放大器1的輸入端，所以流過測溫電阻器R的電流成為Vref/(R+R1)。因此，在運算放大器1中，相對于如圖10(B)所示的溫度的R×Vref/(R+R1)的非線性電壓被輸入。若假定運算放大器1的增益(gain)為G，則運算放大器1的輸出電壓V0為V0＝R×{Vref/(R+R1)}×G，就能得到如圖10(C)所示的相對于溫度的非線性輸出電壓。其中，因為與從第2恒壓源供給的電流相比較從運算放大器1來的電流小，將其忽略，或者由于R＞＞r，這時布線電阻r的值視為0而被忽略。
這時，如圖10(B)、(C)所示那樣對應于溫度變化的電壓變化成為非線性，但由于如圖10(A)所示的那樣測溫電阻器R的電阻變化中有偏差，因而有與上述的以往例相同在運算放大器1中不能更大地放大傳感器輸出，更寬地獲取輸出電壓范圍的不理想情況。
因為使用測溫電阻器作為溫度傳感器的以往的溫度測量電路如上述那樣被構(gòu)成，又由于該電路包含測溫電阻器R具有的偏差成分，并且在下一級的運算放大器1中必須放大測溫電阻器R的輸出量，因此，不可能獲取大的運算放大器1的放大系數(shù)，其輸出電壓范圍(the range of out voltage of the amplifier)變窄，存在有效分解度變小的不理想情況。
因此，本發(fā)明就是為解決上述課題而產(chǎn)生的，它的目的是要模擬地(準)抵消測溫電阻器具有的偏差成分，并在下級放大器獲得大的放大系數(shù)，獲得能提高有效分解度的溫度測量電路。
本發(fā)明的溫度測量電路具備電阻值隨溫度變化而變化的溫度傳感器，在所述溫度傳感器上外加電壓或供給電流的第1供電源和第2供電源、從所述第2供電源供給電壓或電流以便產(chǎn)生與在所述溫度傳感器產(chǎn)生的電壓降相反的電壓降或流過與在所述溫度傳感器內(nèi)流過的電流相反的電流的抵消用的電阻，以及將所述溫度傳感器的電壓降部分和所述抵消用的電阻的電壓降部分的加法成分作為輸入電壓的放大器，該溫度測量電路抵消溫度傳感器在0℃時的偏差電阻值所產(chǎn)生的偏差電壓，獲取寬范圍的所述溫度測量電路的輸出電壓，提高了溫度測量的精度。
本發(fā)明的溫度測量電路具備給測溫電阻器供給電流的第1和第2恒流源，從所述第2恒流源供給電流以便產(chǎn)生與在所述測溫電阻器中產(chǎn)生的電壓降的反向電壓降的抵消用的電阻，將所述測溫電阻器的電壓降部分和所述抵消用的電阻的電壓降部分的加法成分作為輸入電壓的放大器，該電路是抵消所述測溫電阻器在0℃時由偏差電阻值產(chǎn)生的偏差電壓，獲取寬的所述溫度測量電路的輸出電壓范圍并提高溫度測量的精度的電路。
本發(fā)明的溫度測量電路具備在測溫電阻器上外加電壓的第1第2恒壓源，從所述第2恒壓源供給電壓以便流過與流過所述測溫電阻器的電流的反向電流的抵消用的電阻，以及將所述測溫電阻器的電壓降部分和所述抵消用的電阻的電壓降部分的加法成分作為輸入電壓的放大器，該電路是抵消所述測溫電阻器在0℃時由偏差電阻值產(chǎn)生的偏差電壓、獲取寬的所述溫度測量電路的輸出電壓范圍并提高溫度測量的精度的電路。
以下，說明本發(fā)明的一個實施形態(tài)。
圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的實施形態(tài)1的溫度測量電路的電路圖。
圖2是在圖1中示出的溫度測量電路各部分的特性圖。
圖3是表示根據(jù)本發(fā)明的實施形態(tài)2的溫度測量電路的電路圖。
圖4是圖3中所示的溫度測量電路各部分的特性圖。
圖5是表示以往的溫度測量電路一例的電路圖。
圖6是圖5中所示的溫度測量電路各部分的特性圖。
圖7是使用了熱電偶作為溫度傳感器的以往的溫度測量電路各部分的特性圖。
圖8是比較使用熱電偶作為溫度傳感器情況的以往的溫度測量電路和使用測溫電阻器作為溫度傳感器情況的以往的溫度測量電路的性能的差異的圖表。
圖9是表示以往的溫度測量電路的其他例的電路圖。
圖10是圖9中所示的溫度測量電路各部分的特性圖。
圖1是表示根據(jù)本發(fā)明實施的形態(tài)1的溫度測量電路的構(gòu)成的電路圖。圖中，R是溫度傳感器，例如三線式的測溫電阻器(例如，熱敏電阻)，R4是為抵消測溫電阻器R的偏差部分而插入在運算放大器1的輸入端的抵消用的電阻。其中，由于與以往相同的部件使用同一符號，故有關(guān)同一構(gòu)成的部件的說明從略。
以下，對動作進行說明。
在使用三線式的測溫電阻器R作為溫度傳感器時，作為測溫電阻器R的一個端子的第1線連接運算放大器1的“+”號一側(cè)的輸入線，另一端子的1根線連接該運算放大器的“-”號一側(cè)的輸入線，另外，剩下的端子的1根線連接電路的地電位。這樣連接起來的測溫電阻器R其電阻值隨周圍溫度的變化而變化，但因為從供電源的恒流源2a、2b中的恒流源2a向該測溫電阻器R供給電流I，所以在測溫電阻器R中產(chǎn)生電壓降。在電阻R4中，從恒流源2b供給電流I，產(chǎn)生反向電壓降。其結(jié)果，測溫電阻器R的電壓降部分和電阻R4的電壓降部分的和被輸入到運算放大器1中。運算放大器1將被輸入的電壓放大并輸出。再者，與由第2恒流源2b所供給的電流I比較，由于從運算放大器1流過來的電流小，所以將來自運算放大器1的電流忽略不計，又由于R＞＞r，R4＞＞r，若將布線電阻r的值視為0，假定運算放大器1的增益(gain)為G，則運算放大器1的輸出電壓成為V0＝(R-R4)×I×G。
在實施形態(tài)1中使用的測溫電阻器R也與以往例中示出的測溫電阻器R相同，在0℃時有100Ω程度的偏差電阻值。在這里可以試求用來抵消在0℃時由所述偏差電阻值產(chǎn)生的偏差電壓的電阻R4的值。如上所述，運算放大器1的輸出電壓V0的值成為V0＝(R-R4)×I×G。為要模擬地抵消所述偏差電壓使0℃時由測溫電阻器R所產(chǎn)生的偏差電壓不輸入到運算放大器1中，0℃時，可以設定V0＝(R-R4)×I×G＝0，即可以設定R4＝R(0℃時)。換言之，可以預先將抵消用的電阻R4的值設定為測溫電阻器R在0℃時具有的電阻值，因此，0℃時測溫電阻器R所具有的偏差部分在R-V變換時被模擬地抵消。還有，在本實施的形態(tài)1的溫度測量電路中是就輸入到測溫電阻器R的溫度范圍、即輸入溫度范圍為0℃-100℃的情況進行說明。
圖2是表示相對于實施形態(tài)1的溫度測量電路中的測溫電阻R的溫度的電阻特性例、相對于測溫電阻器R的電阻值變化已變換成電壓的情況的溫度的電壓特性例以及運算放大器1的相對于溫度的輸出電壓特性例的特性圖。
如圖2(A)所示，本實施形態(tài)1的測溫電阻器R的場合在0℃時也有100Ω的偏差成分，在溫度上升的同時電阻值線性增大。R-V變換該測溫電阻器R的電阻值的變化的特性為圖2(B)。這時，由于將抵消用的電阻R4的值選擇為100Ω，所以，可知在0℃時，電壓為0mV，隨著溫度的上升，電壓大致呈線性地增大，偏差電壓被抵消。因此，運算放大器1的放大器輸出電壓也沒有偏差電壓部分，0℃時為0V，隨著溫度的增加其輸出電壓大致呈線性增大。
若將本實施形態(tài)1的溫度測量電路特性圖的圖2(C)和以往的溫度測量電路特性圖的圖6(C)相比較就明白，最后的范圍寬度的電壓值以往是4V(＝14V-10V)，在本例中是14V(＝14V-0V)，可以將所述的范圍寬度改善3倍以上。
根據(jù)本實施形態(tài)1的溫度測量電路，由于通過抵消用的電阻R4在R-V變換時能夠模擬地抵消測溫電阻器R在0℃時具有的偏差部分，故偏差部分模擬地被抵消，隨著溫度上升大致呈線性地增大的電壓被輸入到運算放大器1，所以能將該電壓大幅度地放大并如圖2(C)所示能夠獲取寬的輸出電壓范圍。因此，能夠增大有效分解度，這樣做就能使溫度測量的精度得以提高。
再者，在上述的實施形態(tài)1的溫度測量電路的說明中，忽略布線電阻r的值來求出抵消用的電阻R4的值，但在布線電阻r的值不能忽略的情況下，本發(fā)明還是可以適用的。即，通過按照對測溫電阻器R在0℃時具有的電阻值加減布線電阻r而得到的電阻值設定抵消用電阻R4的值，(即，通過使用抵消用的電阻R4將布線電阻r的電阻值部分和測溫電阻器R在0℃時具有的偏差值部分設定為最合適的值)就能在R-V變換時模擬地抵消由該布線電阻r的值所產(chǎn)生的溫度測量的誤差部分，為此，能夠防止基于布線電阻r之間的電阻值引起的溫度測量精度的降低，大大地提高溫度測量精度。
實施形態(tài)2圖3是表示根據(jù)本發(fā)明的實施形態(tài)2的溫度測量電路的電路圖，圖中，R是溫度傳感器，例如是三線式的測溫電阻器，R4是用來抵消測溫電阻器R的偏差部分的抵消用的電阻。其中，由于與以往例的同一部件使用同一符號，因此，省略了關(guān)于同一構(gòu)成部件的說明。
接下來對動作進行說明。
在使用三線式的測溫電阻R時，作為其端子的第1根線連接運算放大器1的“+”號一側(cè)的輸入線，作為其另一端子的1根線連接該運算放大器1的“-”號一側(cè)的輸入線，剩下端子的1根線與電路的接地電位連接。這樣連接的測溫電阻器R其電阻值隨周圍溫度的變化而變化，但由于在該測溫電阻器R中，外加來自作為供電源的恒壓源3a，3b中的第1恒壓電源(Vref)3a的電壓，在抵消用的電阻R4中，外加第2恒壓源(Vref)3b的電壓，所以，測溫電阻器R的電阻值的變化被變換成流經(jīng)該測溫電阻器的電流的變化，該電流變化再在測溫電阻器R和抵消用的電阻R4等中變換成電壓的變化后輸入到運算放大器1中。運算放大器1將所輸入的電壓進行放大后輸出。
這里，該實施形態(tài)2的測溫電阻R也與以往例中所示的測溫電阻器R相同，在0℃時具有100Ω的偏差部分。另外，假定該實施形態(tài)2的運算放大器1的增益為G，因為，與由恒壓源3b供給的電流比較從運算放大器1來的電流小，將其忽略，還由于R＞＞r，R4＞＞r，所以，若將布線電阻r的電阻值視為0，則運算放大器1的輸出電壓V0成為V0＝{Vref×R1×(R-R4)}/{(R+R1)×(R+R2)}×G。
為此，如果在0℃時的輸出電壓值V0為0，則測溫電阻器R在0℃時具有的偏差成分被模擬地抵消了。對于該偏差，可以設定R4＝R，使得在0℃時，成為{Vref×R1×(R-R4)}/{(R+R1×(R+R2)}＝0。因此，可以將抵消用的電阻R4的電阻值設定為測溫電阻器R在0℃時的電阻值。另外，在本實施形態(tài)2的溫度測量電路中，是對測溫電阻器的輸入溫度范圍為0℃～100℃的情況進行說明的。
圖4是在實施形態(tài)2的溫度測量電路中的測溫電阻器R對于溫度的電阻特性例、測溫電阻器R的電阻值的變化被變換成電壓時的對于溫度的電壓特性例以及運算放大器1的對于溫度的輸出電壓特性例的特性圖。
如圖4(A)所示，在本實施形態(tài)2的溫度測量電路中的測溫電阻器R的情況在0℃時也存在100Ω的偏差成分，并隨溫度的上升電阻值大致呈線性也增大。圖4(B)中表示將該測溫電阻器R的電阻值的變化進行了R-V變換時的特性圖。由于如上所述那樣可知選擇并設定抵消用的電阻R4為100Ω，則0℃時為0mV，隨著溫度上升電壓非線性地增大，偏差電壓模擬地被抵消，因此，運算放大器1的放大器輸出電壓也沒有偏差電壓成分，在0℃時為0V，并隨著溫度的上升其輸出電壓非線性地增大。
若根據(jù)本實施形態(tài)2的溫度測量電路，由于通過抵消用的電阻R4在R-V變換時能夠模擬地抵消測溫電阻器R在0℃時具有的偏差成分，因此具有與實施形態(tài)1的溫度測量電路相同的效果。
另外，在本實施形態(tài)2所說明的例子中，通過按照對測溫電阻器R在0℃時具有的電阻值加減布線電阻r而得到的電阻值設定抵消用電阻時R4的值(即，通過使用抵消用的電阻R4將布線電阻r的電阻值成分和測溫電阻器R在0℃時具有的偏差值成分(部分)設定為最佳值)在R-V變換時也能夠模擬地抵消由布線電阻r的值所引起的溫度測量誤差。為此，就能夠防止基于布線電阻r之間的電阻值引起溫度測量精度降低，并大大地提高溫度測量精度。
如以上所述，本發(fā)明有如下效果。即根據(jù)由第2電壓源或第2電流源所供給的電壓或電流，通過設定產(chǎn)生同溫度傳感器產(chǎn)生的電壓降方向相反的反向電壓降的抵消用的電阻，就能夠在電阻-電壓變換(R-V變換)時模擬地抵消溫度傳感器具有的偏差成分，在下一級放大器獲取大的放大系數(shù)，從而能提供增大輸出電壓的有效分解度的溫度測量電路。
本發(fā)明有如下效果即，根據(jù)由第2電流源所供給的電流通過設定產(chǎn)生同在測溫電阻器上產(chǎn)生的電壓降的方向相反的反向電壓降的抵消用的電阻，就能夠在電阻-電壓變換時模擬地抵消測溫電阻器具有的偏差成分，在下一級放大器獲取大的放大系數(shù)，提供增大了輸出電壓的有效分解度的溫度測量電路。
本發(fā)明有如下效果。即根據(jù)由第2電壓源所供給的電壓，通過設定產(chǎn)生與在測溫電阻器中所產(chǎn)生的電壓降的方向相反的反向電壓降的抵消用的電阻，就能夠在電阻-電壓變換時模擬地抵消測溫電阻器中具有的偏差部分，在下一級放大器中獲取大的放大系數(shù)，提供增大了輸出電壓的有效分解度的溫度測量電路。
權(quán)利要求
1.溫度測量電路具備電阻值隨溫度變化而變化的溫度傳感器，在所述的溫度傳感器中外加電壓或供給電流的第1供電源和第2供電源，從所述第2供電源供給電壓或電流以便產(chǎn)生與在所述溫度傳感器中所產(chǎn)生的電壓降相反的電壓降或流過與在所述溫度傳感器內(nèi)流過的電流方向相反的電流的抵消用的電阻，將所述溫度傳感器的電壓降部分和所述抵消用的電阻的電壓降成分相加后的電壓降成分作為輸入電壓的放大器。
2.在權(quán)利要求1記載的溫度測量電路中，所述溫度傳感器是測溫電阻器，所述第1供電源和第2供電源是在所述測溫電阻器中供給電流的第1恒流源和第2恒流源，所述抵消用電阻被從所述第2恒流源供給電流，使得產(chǎn)生與在所述測溫電阻器中產(chǎn)生的電壓降相反方向的電壓降；所述放大器，將所述測溫電阻器的電壓降成分和所述抵消用的電阻的電壓降成分的相加電壓降成分作為輸入電壓。
3.在權(quán)利要求1記載的溫度測量電路中，所述溫度傳感器是測溫電阻器，所述第1供電源和第2供電源是在所述測溫電阻器中供給電壓的第1恒壓源和第2恒壓源，由所述第2恒壓源供給電壓使得在所述抵消用的電阻上有與流過所述測溫電阻器的電流方向相反的電流流過，所述放大器將所述測溫電阻器的電壓降部分和所述抵消用的電阻的電壓降部分的相加的電壓降部分作為輸入電壓。
全文摘要
抵消測溫電阻器具有的偏差部分，增大在下一級的放大器的放大系數(shù)并增大有效分解度。由恒流源2b向測溫電阻器R供給電流I，在電阻R
文檔編號G01K7/14GK1157409SQ9611306
公開日1997年8月20日 申請日期1996年10月8日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月11日
發(fā)明者加藤裕之 申請人:山武·霍尼韋爾公司