一种氧传感器的温度补偿电路

摘要

本发明公开一种氧传感器的温度补偿电路，其温度补偿电路是：氧传感器正负极之间串联电阻R3和R2，电阻R3和R2之间节点接第一级运算放大器输入端正极，第一级运算放大器输入端负极F与地之间并联的电阻R4和热敏电阻R5；滤波电路的两端接在第一级运算放大器输入端负极和输出端；第一级运算放大器的输出端M串联第二级运算放大器；第二级运算放大器电源管脚的正负极分别接电源+5V和-5V；第二级运算放大器的输出端N连接液晶显示屏的输入端正极，液晶显示屏的输入端负极接地。本发明有益效果是：采用的电子元器件组成的温度补偿电路，在选择合适的热敏电阻阻值后，使氧传感器能实现不受高低温环境的影响，具有工作稳定、精度高的优点。

权利要求

1.一种氧传感器的温度补偿电路，其特征在于，所述氧传感器（1）的温度补偿电路（3）是：在氧传感器（1）正极B和氧传感器（1）负极A之间依次串联电阻R3和R2，电阻R3和R2之间的节点P1接在第一级运算放大器（C）输入端正极E，第一级运算放大器（C）输入端负极F与地之间并联的电阻R4和热敏电阻R5；在电源-5V与地之间串联电阻R1和可变电阻W，电阻R1和可变电阻W之间的节点P2接在氧传感器负极A上；由电阻R6和电容C1并联后组成滤波电路，所述滤波电路的一端接在第一级运算放大器（C）输入端负极F，滤波电路的另一端接在第一级运算放大器（C）的输出端M上；第一级运算放大器（C）的输出端M与地之间串联电阻R7；第一级运算放大器（C）的输出端M串联第二级运算放大器（D）输入端正极G，第二级运算放大器（D）输入端负极H与地之间串联电阻R8；第二级运算放大器（D）电源管脚的正负极分别接电源+5V和-5V；第二级运算放大器（D）的输出端N连接液晶显示屏（2）的输入端正极，液晶显示屏（2）的输入端负极接地。

2.根据权利要求1中所述的一种氧传感器的温度补偿电路，其特征在于，所述电阻R6的阻值为15kΩ；电阻R4的阻值为3kΩ；热敏电阻R5的阻值选用在0℃时为1kΩ。

说明书

一种氧传感器的温度补偿电路

技术领域

[0001] 本发明提供了一种氧传感器，特别涉及的是能抵消外界温度给氧传感器测量精度带来影响的一种氧传感器的温度补偿电路。

背景技术

[0002] 在氧和二氧化碳检测仪中的氧传感器是专用于对氧含量的检测,即通过电流的大小反应氧含量的多少，其原理是：传感器的内部为一密封容器，它里面包含有两个电极（阴极和阳极）和能够发生反应的电解液。当外界的氧气通过氧传感器的毛细微孔与电解液发生反应时，使得电离出的不同离子分别游离到两个电极上，形成电流。电流的大小正比于氧含量的大小，用电流的大小反应出氧含量的多少。但是氧传感器本身存在受外界环境温度干扰的缺陷。

[0003] 图1是现有技术氧传感器温度特性曲线L1的坐标图，图中曲线L1表示氧传感器在同一氧含量情况下不同温度其输出电流不等。

[0004] 图1显示，同一氧含量在不同温度下，对应的电流输出不同，即存在不同温度下显示氧含量不稳定现象。上述氧传感器受温度影响下显示电流数值不稳定的特性，直接影响其测量精度。

[0005] 因氧传感器本身的输出电流非常小，在实际使用中必须经过外部电路对其输出电流进行一定倍数的放大，又由于电流的大小正比于氧含量的大小，所以经放大电路后氧含量的输出电流必然存在着更大的误差。因此，人们迫切希望出现一种在外界温度变化情况下，能抵消温度对氧传感器放大后电流影响的温度补偿电路。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种使氧传感器连接一个抵消温度影响的温度补偿电路，使氧传感器测量值准确，精度高的一种氧传感器的温度补偿电路。

[0007] 解决上述技术问题的技术方案是：

[0008] 一种氧传感器的温度补偿电路，所述氧传感器的温度补偿电路是：在氧传感器正极B和氧传感器负极A之间依次串联电阻R3和R2，电阻R3和R2之间的节点P1接在第一级运算放大器输入端正极E，第一级运算放大器输入端负极F与地之间并联的电阻R4和热敏电阻R5；在电源-5V与地之间串联电阻R1和可变电阻W，电阻R1和可变电阻W之间的节点P2接在氧传感器负极A上；由电阻R6和电容C1并联后组成滤波电路，所述滤波电路的一端接在第一级运算放大器输入端负极F，滤波电路的另一端接在第一级运算放大器的输出端M上；第一级运算放大器的输出端M与地之间串联电阻R7；第一级运算放大器的输出端M串联第二级运算放大器输入端正极G，第二级运算放大器输入端负极H与地之间串联电阻R8；第二级运算放大器电源管脚的正负极分别接电源+5V和-5V；第二级运算放大器的输出端N连接液晶显示屏的输入端正极，液晶显示屏的输入端负极接地。

[0009] 优选方案是：所述电阻R6的阻值为15kΩ；电阻R4的阻值为3kΩ；热敏电阻R5的阻值选用在0℃时为1kΩ。

[0010] 本发明的有益效果是：本发明克服现有技术的缺陷，本发明采用的电子元器件组成的温度补偿电路，在选择合适的热敏电阻R5、电阻R6、电阻R4的阻值后，使氧传感器能实现不受高低温环境的影响，具有工作稳定、精度高的优点；本发明成本低，操作容易，易制造，这为电化学氧传感器进行温度补偿拓展了新的思路，同时也为其他传感器的温度补偿提供了参考。

附图说明

[0011] 图1是现有技术氧传感器温度特性曲线L1的坐标图，图中曲线L1表示氧传感器在同一氧含量情况下不同温度其输出电流不等；

[0012] 图2是本发明氧传感器的温度补偿电路连接图；

[0013] 图3是图2中氧传感器温度特性曲线L2的坐标图，图中曲线L2表示氧传感器在同一氧含量情况下不同温度其输出电流值不变；

[0014] 图4是2008年3月1日机械工业出版社出版的第三版《测控电路》中第二章信号放大电路的第二节标题为“典型测量放大电路”中图2-11a。

[0015] 《附图中序号说明》

[0016] 1：氧传感器；2：液晶显示屏；3：温度补偿电路；

[0017] A：氧传感器负极（即温度补偿放大电路的输入端负极）；

[0018] B：氧传感器正极（即温度补偿放大电路输入端的正极）；

[0019] C：第一级运算放大器；W：可变电阻；P1、P2、：节点；

[0020] D：第二级运算放大器；

[0021] E：第一级运算放大器C输入端正极；

[0022] F：第一级运算放大器C输入端负极；

[0023] M：第一级运算放大器C的输出端；

[0024] G：第二级运算放大器D输入端正极；

[0025] H：第二级运算放大器D输入端负极；

[0026] N：第二级运算放大器D的输出端；

[0027] R1、R2、R3、R4、R6、R7、R8：电阻；

[0028] R5：热敏电阻；

[0029] C1：电容；

[0030] L1：现有技术氧传感器温度特性曲线；

[0031] L2：氧传感器温度特性曲线。

具体实施方式

[0032] 下面结合附图对本发明的实施例进一步详述。

[0033] 图2是本发明氧传感器的温度补偿电路连接图；图3是图2中氧传感器温度特性曲线L2的坐标图，图中曲线L2表示氧传感器在同一氧含量情况下不同温度其输出电流值不变。

[0034] 如图2所示，本发明提供一种氧传感器的温度补偿电路，所述氧传感器1的温度补偿电路3是：在氧传感器1正极B和氧传感器1负极A之间依次串联电阻R3和R2，电阻R3和R2之间的节点P1接在第一级运算放大器C输入端正极E，第一级运算放大器C输入端负极F与地之间并联的电阻R4和热敏电阻R5。

[0035] 在电源-5V与地之间串联电阻R1和可变电阻W，电阻R1和可变电阻W之间的节点P2接在氧传感器负极A上。

[0036] 由电阻R6和电容C1并联后组成滤波电路，所述滤波电路的一端接在第一级运算放大器C输入端负极F，滤波电路的另一端接在第一级运算放大器C的输出端M上；第一级运算放大器C的输出端M与地之间串联电阻R7。

[0037] 第一级运算放大器C的输出端M串联第二级运算放大器D输入端正极G，第二级运算放大器D输入端负极H与地之间串联电阻R8；第二级运算放大器D电源管脚的正负极分别接电源+5V和-5V；第二级运算放大器D的输出端N连接液晶显示屏2的输入端正极，液晶显示屏2的输入端负极接地。

[0038] 所述电阻R6的阻值为15kΩ；电阻R4的阻值为3kΩ；热敏电阻R5的阻值选用在0℃时为1kΩ。

[0039] 更具体的说，本发明氧传感器的温度补偿电路，是利用氧传感器具有电化学原理的特性，即氧传感器电极之间的电流量正比于采样气体中的氧气含量，并经补偿、放大及转换等数据处理，成为与氧气含量对应的电子数字量经液晶屏显示输出其氧浓度的准确数据。为了抵消氧传感器的测量容易受到温度影响的缺陷，在运算放大电路中加入热敏电阻作为电路补偿原件，充分利用热敏电阻随温度变化而阻值变化的特性，在不同的温度下改变运算放大电路的放大倍数，从而抵消在高低温环境下对氧传感器检测的影响。

[0040] 根据现有技术中氧传感器的电流特性，为了得到稳定的输出电流，经过反复试验选型后确定为：电阻R6的阻值为15kΩ、电阻R4的阻值为3kΩ、热敏电阻R5的阻值选用在0℃时为1kΩ。这种在0℃时阻值为1kΩ的热敏电阻为铂电阻，型号为Pt1000，该热敏电阻的特性是随温度升高阻值增大，根据外购的Pt1000型号热敏电阻的技术资料，其随温度变化而阻值变化的情况如表1所示：

[0041] 表1型号为Pt1000的热敏电阻不同温度下的阻值

[0042]温度（℃） 阻值（kΩ）
-20 0.918
-10 0.957
0 1
10 1.043
20 1.081
23 1.093
30 1.120

[0043] 下面对本发明运算放大电路中氧传感器2输出电流和温度之间的特性进行如下说明：

[0044] 2008年3月1日，由机械工业出版社出版的第三版《测控电路》中第二章信号放大电路的第二节标题为“典型测量放大电路”中有如下记载：同向放大电路的基本形式如图2-11a（见图4）所示，其闭环增益为：

[0045] ----------公式①

[0046] 从上述《测控电路》中图2-11a（见图4）和公式①可知，电阻R2的两端分别接运算放大器的输入端负极和运算放大器的输出端，电阻R1的两端分别接运算放大器输入端负极和地。

[0047] 上述公式①中Kf代表放大电路的放大倍数，可以对输入电流或者输入电压进行放大。

[0048] 本发明利用上述公式①的规定，求得本发明氧传感器2的电流经温度补偿放大电路后的电流值。

[0049] 本发明用放大倍数K代替公式①中的Kf；本发明温度补偿电路中电阻R6相当于公式①中电阻R2；本发明温度补偿电路中电阻R4并联热敏电阻R5（即R4//R5表示并联）相当于公式①中电阻R1，得到本发明的放大倍数K见下面的公式②：

[0050] ----------公式②

[0051] 则经温度补偿放大电路后的电流= 现有技术电流×K。-----公式③[0052] 下面按照公式③计算在不同温度下氧传感器2输出电流的步骤如下：

[0053] ①.选择型号为Pt1000的热敏电阻R5，在0℃时电阻阻值为1kΩ；选择电阻R6的阻值为15kΩ；选择电阻R4的阻值为3kΩ；②.将R5、R6、R4电阻阻值代入②式，求得在不同温度下电流的放大倍数K；③.根据公式③得出经温度补偿放大后的电流；上述具体计算过程如下：

[0054] 1）、根据图1中现有技术氧传感器温度特性曲线L1的坐标图查出，当温度为-10℃时，现有技术传感器的电流为0.91mA，根据表1得知，当温度为-10℃时，热敏电阻R5的阻值为0.957kΩ，根据公式③，得：

[0055]

[0056] 2）、根据图1中现有技术氧传感器温度特性曲线L1的坐标图查出，当温度为10℃时，传感器的电流为0.97mA，根据表1得知，当温度为10℃时，热敏电阻R5的阻值为
1.043kΩ，根据公式③，得：

[0057]

[0058] 3）、根据图1中现有技术氧传感器温度特性曲线L1的坐标图查出，当温度为30℃时，传感器的电流为1.02mA，根据表1得知，当温度为30℃时，热敏电阻R5的阻值为
1.120kΩ，根据公式③，得：

[0059]

[0060] 按照上述方法以此类推，分别计算当温度在0℃、20℃、23℃时，经温度补偿放大电路后的电流值分别为：19.74mA、19.77mA、19.72mA。将上述计算结果列在表2中。表2是温度补偿前后氧传感器放大电流数据对照。

[0061] 表2温度补偿前后氧传感器放大电流数据对照

[0062]

[0063] 按照表2中本发明计算得出经温度补偿放大后氧传感器电流值（mA），采用描点法得出图3中的曲线L2。

[0064] 从图3中的曲线L2可以得出，经本发明温度补偿放大后电流稳定在19.78mA上下，氧传感器1抵消了经放大输出后电流受温度的影响，确保氧传感器1在同一氧含量情况下不同温度其输出电流值不变，达到工作稳定、精度高的效果。