一種用於負溫度係數熱敏電阻的線性變換電路的製作方法

2023-05-16 22:15:02 3

本實用新型涉及電子電路技術領域，特別涉及電阻控制技術領域，具體為一種用於負溫度係數熱敏電阻的線性變換電路。

背景技術：

NTC(Negative Temperature Coefficient，負溫度係數)是指隨溫度上升電阻呈指數關係減小、具有負溫度係數的熱敏電阻現象和材料。該材料是利用錳、銅、矽、鈷、鐵、鎳、鋅等兩種或兩種以上的金屬氧化物進行充分混合、成型、燒結等工藝而成的半導體陶瓷，可製成具有負溫度係數(NTC)的熱敏電阻。其電阻率和材料常數隨材料成分比例、燒結氣氛、燒結溫度和結構狀態不同而變化。現在還出現了以碳化矽、硒化錫、氮化鉭等為代表的非氧化物系NTC熱敏電阻材料。NTC熱敏電阻(即負溫度係數熱敏電阻)的發展經歷了漫長的階段。1834年，科學家首次發現了硫化銀有負溫度係數的特性.1930年，科學家發現氧化亞銅-氧化銅也具有負溫度係數的性能，並將之成功地運用在航空儀器的溫度補償電路中。隨後，由於電晶體技術的不斷發展，熱敏電阻器的研究取得重大進展。1960年研製出了NTC熱敏電阻，NTC熱敏電阻廣泛用於測溫、控溫、溫度補償等方面。

負溫度係數熱敏電阻是在電子產品中用來測試溫度的主要手段。但是一般的負係數熱敏電阻的溫度-電阻關係呈指數關係，在實際應用中多有不便。負溫度係數熱敏電阻的電阻-溫度特性可以用下式表示：式中RT、R0分別為溫度T、T0時的熱敏電阻值，B為熱敏電阻材料常數，熱敏電阻材料本身由於溫度變化而使電阻率發生變化，這是由半導體特性決定的，B越大則說明熱敏電阻越靈敏。

基於負溫度係數熱敏電阻測量溫度的方法有很多，比如電橋式，恆壓式，恆流式，雙積分等方法，但是這些方法有的精度欠佳，精度較高的電路複雜，且測溫範圍較小。

技術實現要素：

鑑於以上所述現有技術的缺點，本實用新型的目的在於提供一種用於負溫度係數熱敏電阻的線性變換電路，用於解決現有技術中使用負溫度係數熱敏電阻測量溫度時精度差，測溫範圍小的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本實用新型提供一種用於負溫度係數熱敏電阻的線性變換電路，所述用於負溫度係數熱敏電阻的線性變換電路包括：負溫度係數熱敏電阻；第一電壓源，與所述負溫度係數熱敏電阻串聯，用於為所述負溫度係數熱敏電阻提供輸入電壓；分壓單元，與所述負溫度係數熱敏電阻串聯，用於對所述負溫度係數熱敏電阻進行分壓以調整所述負溫度係數熱敏電阻的輸出電壓；線性化單元，與所述負溫度係數熱敏電阻並聯，用於使得所述負溫度係數熱敏電阻的輸出電壓隨所述負溫度係數熱敏電阻的溫度呈線性變化。

於本實用新型的一實施例中，所述用於負溫度係數熱敏電阻的線性變換電路還包括：調整單元，與所述線性化單元相連，用於使得所述負溫度係數熱敏電阻的輸出電壓隨所述負溫度係數熱敏電阻的溫度呈的線性變化為正比例線性變化。

於本實用新型的一實施例中，所述用於負溫度係數熱敏電阻的線性變換電路還包括：放大單元，與所述調整單元相連，用於對隨所述負溫度係數熱敏電阻的溫度呈正相關線性變化的所述負溫度係數熱敏電阻的輸出電壓進行放大。

於本實用新型的一實施例中，所述調整單元包括：依次串聯在所述負溫度係數熱敏電阻輸出線路上的第三電阻和第四電阻以及為所述第三電阻和所述第四電阻提供電壓的第二電壓源。

於本實用新型的一實施例中，所述放大單元包括：串聯在所述負溫度係數熱敏電阻輸出線路上的第一放大器；反向輸出入端和輸出端分別與所述第四電阻的兩端相連，正相輸入端與所述第二電壓源的一端相連的第二放大器；其中，所述第二電源的另一端接地。

於本實用新型的一實施例中，所述分壓單元包括第一電阻。

於本實用新型的一實施例中，所述線性化單元包括第二電阻。

於本實用新型的一實施例中，所述負溫度係數熱敏電阻的一端與所述分壓單元相連，另一端接地。

如上所述，本實用新型的一種用於負溫度係數熱敏電阻的線性變換電路，具有以下有益效果：

1、本實用新型通過於負溫度係數熱敏電阻的線路上串聯一用於對負溫度係數熱敏電阻進行分壓的第一電阻，可以通過調整第一電阻的大小調整負溫度係數熱敏電阻的輸出電壓，通過於負溫度係數熱敏電阻的兩端並聯一用於對負溫度係數熱敏電阻的輸出電壓進行線性化的第二電阻，以使得所述負溫度係數熱敏電阻的輸出電壓隨所述負溫度係數熱敏電阻的溫度呈線性變化，實現溫度到電壓的正變換，提高使用負溫度係數熱敏電阻測量溫度時的精度和範圍。

2、本實用新型結構簡單，控制靈活，經濟實用，具有廣泛的適用性。

附圖說明

圖1顯示為本實用新型的一種用於負溫度係數熱敏電阻的線性變換電路的原理框圖。

圖2顯示為本實用新型的一種用於負溫度係數熱敏電阻的線性變換電路的結構示意圖。

圖3顯示為本實用新型中負溫度係數熱敏電阻的電阻-溫度關係變化示意圖。

圖4顯示為本實用新型的一種用於負溫度係數熱敏電阻的線性變換電路中電壓-溫度線性關係示意圖。

圖5顯示為本實用新型的一種用於負溫度係數熱敏電阻的線性變換電路電壓-溫度的正比例線性關係示意圖。

元件標號說明

1 用於負溫度係數熱敏電阻的線性變換電路

11 負溫度係數熱敏電阻

12 第一電壓源

13 分壓單元

14 線性化單元

15 調整單元

16 放大單元

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本實用新型的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本實用新型的其他優點與功效。本實用新型還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本實用新型的精神下進行各種修飾或改變。

本實施例的目的在於提供一種用於負溫度係數熱敏電阻的線性變換電路，用於解決現有技術中使用負溫度係數熱敏電阻測量溫度時精度差，測溫範圍小的問題。以下將詳細闡述本實施例的一種用於負溫度係數熱敏電阻的線性變換電路的原理及實施方式，使本領域技術人員不需要創造性勞動即可理解本實施例的一種用於負溫度係數熱敏電阻的線性變換電路。

本實施例提供一種用於負溫度係數熱敏電阻的線性變換電路，具體地，如圖1所示，所述用於負溫度係數熱敏電阻的線性變換電路1包括：負溫度係數熱敏電阻11，第一電壓源12，分壓單元13，線性化單元14，調整單元15以及放大單元16。

以下以圖2為例對本實施例中的用於負溫度係數熱敏電阻11的線性變換電路1進行詳細說明。

本實施例中，所述負溫度係數熱敏電阻11的一端與所述分壓單元13相連，另一端接地。所述負溫度係數熱敏電阻的電阻-溫度特性可以用下式表示：式中RT、R0分別為溫度T、T0時的熱敏電阻值，B為熱敏電阻材料常數，熱敏電阻材料本身由於溫度變化而使電阻率發生變化，這是由半導體特性決定的，B越大則說明熱敏電阻越靈敏。所述負溫度係數熱敏電阻11(即圖2中的RT)的阻值-溫度特性曲線如圖3所示。所述負溫度係數熱敏電阻11(即圖2中的RT)的阻值-溫度呈指數關係。在使用負溫度係數熱敏電阻11測量溫度時，調節不便，測溫精度差。

於本實施例中，為實現所述負溫度係數熱敏電阻11的電壓-溫度線性關係，設置第一電源，所述第一電壓源12與所述負溫度係數熱敏電阻11串聯，用於為所述負溫度係數熱敏電阻11提供輸入電壓。具體地，所述第一電源的一端接地，一端用於與所述負溫度係數熱敏電阻11相連。

於本實施例中，所述第一電源的電壓為1～3V。本實施例中，所述第一電壓源12選為3V。

於本實施例中，所述分壓單元13與所述負溫度係數熱敏電阻11串聯，用於對所述負溫度係數熱敏電阻11進行分壓以調整所述負溫度係數熱敏電阻11的輸出電壓(圖2中所示的Vout)。

具體地，如圖2所示，於本實施例中，所述分壓單元13包括第一電阻R1，通過於負溫度係數熱敏電阻11的線路上串聯一用於對負溫度係數熱敏電阻11進行分壓的第一電阻R1，可以通過調整第一電阻R1的大小調整負溫度係數熱敏電阻11的輸出電壓，提高使用負溫度係數熱敏電阻11測量溫度時的測溫範圍。通過修改第一電阻R1可以很方便的平移整個變換電路的測溫範圍。

具體地，如圖2所示，於本實施例中，所述線性化單元14與所述負溫度係數熱敏電阻11並聯，用於使得所述負溫度係數熱敏電阻11的輸出電壓隨所述負溫度係數熱敏電阻11的溫度呈線性變化。

於本實施例中，如圖2所示，所述線性化單元14包括第二電阻R2。通過於負溫度係數熱敏電阻11的兩端並聯一用於對負溫度係數熱敏電阻11的輸出電壓進行線性化的第二電阻R2，以使得所述負溫度係數熱敏電阻11的輸出電壓隨所述負溫度係數熱敏電阻11的溫度呈線性變化。

具體地，於本實施例中，將RT與R1串聯，並與R2並聯後，在室溫的範圍內(270K～330K)可以得到如下關係，例如取第一電源的輸入電壓Vref1＝3V，第一電阻R1＝12KΩ，第二電阻R2＝36KΩ，獲得的所述負溫度係數熱敏電阻11的輸出電壓隨所述負溫度係數熱敏電阻11的溫度呈線性變化如圖4所示。

從圖4中可以看出，此時，所述負溫度係數熱敏電阻11的溫度越高，所述負溫度係數熱敏電阻11的輸出電壓越小，所述負溫度係數熱敏電阻11的溫度與輸出電壓之間相當於一個反比例線性關係。第二電阻R2可以極大提高整個電路變換後的線性程度。

為使得所述負溫度係數熱敏電阻11的輸出電壓隨所述負溫度係數熱敏電阻11的溫度呈的線性變化為正比例線性變化，於本實施例中，設置一所述調整單元15，所述調整單元15與所述線性化單元14相連，用於使得所述負溫度係數熱敏電阻11的輸出電壓隨所述負溫度係數熱敏電阻11的溫度呈的線性變化為正比例線性變化。

具體地，如圖2所示，所述調整單元15包括：依次串聯在所述負溫度係數熱敏電阻11輸出線路上的第三電阻R3和第四電阻R4以及為所述第三電阻R3和所述第四電阻R4提供電壓的第二電壓源。為放大負溫度係數熱敏電阻11的輸出電壓，於負溫度係數熱敏電阻11的線性變換電路中設置一所述放大單元16，所述放大單元16與所述調整單元15相連，用於對隨所述負溫度係數熱敏電阻11的溫度呈正相關線性變化的所述負溫度係數熱敏電阻11的輸出電壓進行放大。

具體地，於本實施例中，所述放大單元16包括：串聯在所述負溫度係數熱敏電阻11輸出線路上的第一放大器Q1；反向輸出入端和輸出端分別與所述第四電阻R4的兩端相連，正相輸入端與所述第二電壓源的一端相連的第二放大器Q2；其中，所述第一放大器Q1的正相輸入端與所述負溫度係數熱敏電阻11輸出線路相連，反相輸入端與輸出端相連，也就是與所述第三電阻R3相連，所述第二電源的另一端接地。

經過所述調整單元15和所述放大單元16後，可以得到得的所述負溫度係數熱敏電阻11的輸出電壓隨所述負溫度係數熱敏電阻11的溫度呈正比例線性變化關係如下：

即所述負溫度係數熱敏電阻11的輸出電壓與溫度呈正比例線性關係。

取第二電源的輸入電壓Vref2＝1.5V，第三電阻R3＝6.2KΩ，第四電阻R4＝30KΩ，獲得的所述負溫度係數熱敏電阻11的輸出電壓隨所述負溫度係數熱敏電阻11的溫度呈正比例線性變化曲線如圖5所示。此時，所述負溫度係數熱敏電阻11的溫度越高，所述負溫度係數熱敏電阻11的輸出電壓越大。通過測量所述負溫度係數熱敏電阻11的輸出電壓，根據電壓與溫度的對應關係，即可知道所述負溫度係數熱敏電阻11的溫度。

綜上所述，本實用新型通過於負溫度係數熱敏電阻的線路上串聯一用於對負溫度係數熱敏電阻進行分壓的第一電阻，可以通過調整第一電阻的大小調整負溫度係數熱敏電阻的輸出電壓，通過於負溫度係數熱敏電阻的兩端並聯一用於對負溫度係數熱敏電阻的輸出電壓進行線性化的線性化元件，以使得所述負溫度係數熱敏電阻的輸出電壓隨所述負溫度係數熱敏電阻的溫度呈線性變化，實現溫度到電壓的正變換，提高使用負溫度係數熱敏電阻測量溫度時的精度；本實用新型結構簡單，控制靈活，經濟實用，具有廣泛的適用性。所以，本實用新型有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。

上述實施例僅例示性說明本實用新型的原理及其功效，而非用於限制本實用新型。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本實用新型的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本實用新型所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本實用新型的權利要求所涵蓋。