專利名稱：電壓線性化電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電壓線性化電路特別是熱電偶及熱電阻測(cè)溫度的電路，通過(guò)它使輸出電壓與溫度量線性關(guān)系。
已知的熱電偶線性化電路有1、非線性阻抗式，利用與電阻串接的穩(wěn)壓管使電阻成為非線性，多個(gè)非線性電阻構(gòu)成非線性總電阻，非線性的輸入信號(hào)通過(guò)非線性總電阻產(chǎn)生線性輸出信號(hào)。這種電路由于穩(wěn)壓管電壓不很準(zhǔn)確及多路參數(shù)的互相影響，需要有很麻煩的調(diào)整工作。
2、雙通道式，將輸入信號(hào)引入兩個(gè)通道，一個(gè)通道產(chǎn)生線性函數(shù)，另一個(gè)通道產(chǎn)生平方函數(shù)，再將其按一定比例疊加成為一個(gè)合適的非線性函數(shù)進(jìn)行線性化。由于熱電偶的分度值規(guī)律性很差，精確度不高。
3、數(shù)字存儲(chǔ)器式，用數(shù)字存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)的線性化電路精度較高，但代價(jià)也是屬于較高的。
本發(fā)明的目的是提供一種低成本、高精度、沒(méi)有調(diào)整麻煩的電壓線性化電路。
本發(fā)明的方案是用許多個(gè)線性函數(shù)發(fā)生器將輸入電壓轉(zhuǎn)變?yōu)樵S多個(gè)與輸入電壓有線性關(guān)系的電壓，經(jīng)過(guò)極值選擇器選出最大值或最小值組成輸出電壓的各線段。輸出電壓的每一段由依次處于最大電壓或最小電壓的某一個(gè)線性函數(shù)發(fā)生器提供。線段數(shù)越多，輸出電壓的線性誤差也越小。
附圖


圖1、電壓線性化電路的輸入電壓及輸出電壓圖2、以輸入電壓為自變量的輸出電壓曲線。
圖3、以輸入電壓為自變量的線性函數(shù)發(fā)生器的輸出電壓。
圖4、以溫度為自變量的線性函數(shù)發(fā)生器的輸出電壓。
圖5、電壓線性電路原理線路圖。
圖6、斜率曲線有一個(gè)頂點(diǎn)的輸入電壓。
圖7、有兩個(gè)極值選擇器的電壓線性化電路方框圖。
圖8、圖7中的輸出電壓及線性函數(shù)發(fā)生器的輸出電壓。
圖9、最大值選擇器的原理線路圖。
圖10、運(yùn)算放大器構(gòu)成的線性函數(shù)發(fā)生器。
圖11、在反饋電路中的電壓線性化電路。
圖12、有并聯(lián)電阻的電壓線性化電路。
圖13、圖12中的電流。
圖14、作為反饋電路的有并聯(lián)電阻的電壓線性化電路。
圖15、圖14中的電流。
最佳實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明1、以某種熱電偶為例，自變量為溫度T，因變量為電壓U1，電壓U1對(duì)于溫度T為斜率逐漸增大的非線性，希望的輸出電壓U2對(duì)溫度T為線性，見(jiàn)圖1。當(dāng)電壓U1為自變量、輸出電壓U2為因變量時(shí)，電壓U2為斜率逐漸減小的曲線，見(jiàn)圖2。將圖2中的輸出電壓U2分為若干段，例如4段，則每段可視為一段直線，它們分屬于電壓U1的線性函數(shù)u1、u2、u3、u4中的一段。在u1～u4中取出最小值，就得到構(gòu)成輸出電壓U2的4段直線，見(jiàn)圖3。在自變量為溫度T的座標(biāo)上u1～u4并不是直線，而是4條其斜率逐漸增大的曲線，取出其最小值所構(gòu)成的輸出電壓U2是近似的直線，見(jiàn)圖4。
產(chǎn)生線性函數(shù)u1～u4的線性函數(shù)發(fā)生器10、20、30、40各由3個(gè)星狀連接的電阻構(gòu)成，見(jiàn)圖5。以線性函數(shù)發(fā)生器10為例，電阻11的第一端接公共端，電阻12的第一端接輸入端子1，接受輸入電壓U1，電阻13的第一端接端子2，接受偏移電壓U3，電阻11、12、13的第二端接輸出端14，輸出端14向最小值選擇器50提供電壓u1。改變3個(gè)電阻11、12、13的阻值大小，可以改變輸出電壓u1直線的斜率和縱截距，偏移電壓U3的極性決定縱截距為正值或負(fù)值。如果u1是通過(guò)零點(diǎn)的直線，則電阻13的阻值將成為無(wú)窮大。其余的線性函數(shù)發(fā)生器的輸出電壓由各自包含的3個(gè)電阻的阻值決定。
最小值選擇器50有多個(gè)運(yùn)算放大器51、52、53、54，每個(gè)運(yùn)算放大器的同相輸入端接受一個(gè)線性函數(shù)發(fā)生器的輸出電壓，每個(gè)運(yùn)算放大器的輸出端各接二極管55、56、57、58的陰極，二極管的陽(yáng)極接輸出端59，每個(gè)運(yùn)算放大器的反相輸入端接輸出端59，完成了線性化的電壓U2在輸出端59輸出。最小值選擇器的工作原理是，當(dāng)任何一個(gè)輸入電壓大于輸出電壓U2也就是反相輸入端電壓時(shí)，這一個(gè)運(yùn)算放大器的輸出成為正值高電壓，使二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，這個(gè)電壓對(duì)輸出電壓U2沒(méi)有影響。只有接受最小的輸入電壓的運(yùn)算放大器能使二極管導(dǎo)通而支持輸出電壓U2的建立。由于運(yùn)算放大器的增益很大，二極管從截止到導(dǎo)通的轉(zhuǎn)換不會(huì)引起輸出電壓U2的擾動(dòng)，所以過(guò)渡是平穩(wěn)的。
對(duì)于熱電阻或其他裝置，只要將其輸出轉(zhuǎn)化為電壓，就可以用本發(fā)明電壓線性化電路實(shí)現(xiàn)線性化。
2、在圖6中，當(dāng)溫度作為自變量時(shí)，從熱電偶得到的電壓U1的曲線斜率從逐漸增大轉(zhuǎn)為逐漸減小，即斜率曲線有一個(gè)頂點(diǎn)5時(shí)，就需要有兩個(gè)極值選擇器，見(jiàn)圖7。在斜率逐漸增大的區(qū)間用最小值選擇器60進(jìn)行線性化，在斜率逐漸減小的區(qū)間用最大值選擇器70進(jìn)行線性化。如把輸出電壓U2分為5段，由5個(gè)線性函數(shù)發(fā)生器110、120、130、140、150將輸入電壓U′1轉(zhuǎn)換為電壓u5、u6、u7、u8、u9。送進(jìn)最小值選擇器60輸入端的u5、u6、u7被選出最小值得到電壓U4；送進(jìn)最大值選擇器70輸入端的電壓U4、u8、u9被選出最大值得到完成線性化的輸出電壓U2。以U′1為自變量的電壓曲線U2、u5、u6、u7、u8、u9、U4示于圖8。以此類推，如果非線性電壓的斜率曲線的頂點(diǎn)有兩個(gè)，極值選擇器就需要3個(gè)。
最大值選擇器和最小值選擇器的不同點(diǎn)是二極管的極性是相反的，最大值選擇器中二極管的陽(yáng)極接運(yùn)算放大器的輸出端，見(jiàn)圖9。
線性函數(shù)發(fā)生器也可以用運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)，其優(yōu)點(diǎn)為得到線性函數(shù)不一定伴隨著信號(hào)的衰減而是可以有一定增益，見(jiàn)圖10。
3、在圖11中，電壓線性化電路被置于主放大器90的反饋電路中時(shí)，其所有特性與前述實(shí)施例1、2相同，唯一的不同點(diǎn)是電壓線性化電路的輸入信號(hào)為已線性化的電壓U2，輸出信號(hào)為非線性電壓U5，電壓U5等于主放大器90的輸入電壓U1。和前述實(shí)施例一樣，當(dāng)輸出電壓對(duì)輸入電壓的特性曲線的斜率逐漸增大時(shí)，極值選擇器80為極大值選擇器，反之為極小值選擇器。
4、在圖12中，電壓線性化電路的線性函數(shù)發(fā)生器160～190的輸入端161、171、181、191接輸入端211接受非線性的輸入電壓U1，極值選擇器200的輸出端202通過(guò)電阻201產(chǎn)生一個(gè)非線性的電流I3與電壓U1通過(guò)電阻212產(chǎn)生的非線性的電流I1共同經(jīng)運(yùn)算放大器210構(gòu)成的加法電路得到線性電流I2，在輸出端214的輸出電壓U2也是線性的。電流I1、I2、I3示于圖13。由于電流I1只決定于電阻212的阻值，而且在電流I2中占的比例較大，電流I3只占一個(gè)較小的部分，這樣就大為降低了對(duì)電壓線性化電路輸出電壓精度的要求。也就是說(shuō)，線性函數(shù)發(fā)生器160～190中的電阻的阻值的精度要求也將大為降低，這對(duì)降低造價(jià)非常有利。
5、在圖14中，電壓線性化電路被置于反饋電路中，線性函數(shù)發(fā)生器220～250的輸入端221、231、241、251接輸出端274，接受線性的輸出電壓U2。極值選擇器260的輸出端262經(jīng)電阻261產(chǎn)生一個(gè)非線性電流I′3作為運(yùn)算放大器270的反饋電流。電流I′3與輸入電壓U1通過(guò)電阻272產(chǎn)生的電流I′1相加的電流I′2是線性的，從而保證了輸出電壓U2是線性。圖15示出了電流I′1、I′2、I′3。因?yàn)殡娏鱅′3小于電流I′2，同樣可以達(dá)到降低對(duì)線性函數(shù)發(fā)生器中電阻阻值精度的要求。
權(quán)利要求
1.一種電壓線性化電路由n個(gè)線性函數(shù)發(fā)生器和m＋1個(gè)極值選擇器構(gòu)成，n為構(gòu)成線性化輸出電壓的不連續(xù)的線段的個(gè)數(shù)，m為非線性電壓的斜率曲線的頂點(diǎn)的個(gè)數(shù)；極值選擇器有最大值選擇器和最小值選擇器兩種，它們包含多個(gè)運(yùn)算放大器，每一個(gè)運(yùn)算放大器的輸出端各自接一只二極管的陽(yáng)極或各自接一只二極管的陰極，接陽(yáng)極的是最大值選擇器，接陰極的是最小值選擇器，所有上述二極管的另一極連接在輸出端(59)及所有運(yùn)算放大器的反相輸入端，所有運(yùn)算放大器的同相輸入端是極值選擇器的獨(dú)立的輸入端，它在輸入端接受的多個(gè)電壓中選擇其中最大者(最大值選擇器)或最小者(最小值選擇器)輸出；n個(gè)線性函數(shù)發(fā)生器接受輸入電壓在輸出端產(chǎn)生n個(gè)電壓，第一極值選擇器的幾個(gè)輸入端分別接在幾個(gè)線性函數(shù)發(fā)生器的輸出端，第二極值選擇器的幾個(gè)輸入端分別接在第一極值選擇器的輸出端及其余若干個(gè)線性函數(shù)發(fā)生器的輸出端，第m＋1極值選擇器的幾個(gè)輸入端接第m極值選擇器的輸出端及其余線性函數(shù)發(fā)生器的輸出端，第m＋1極值選擇器的輸出端是電壓線性化電路的輸出端；最大值選擇器及與其相連接的線性函數(shù)發(fā)生器用于輸出電壓對(duì)輸入電壓的特性曲線的斜率逐漸增大的線段，最小值選擇器及與其相連接的線性函數(shù)發(fā)生器用于輸出電壓對(duì)輸入電壓的特性曲線的斜率逐漸減小的線段。
2.按照權(quán)利要求1所述的電壓線性化電路，其特征是線性函數(shù)發(fā)生器由三個(gè)電阻構(gòu)成，第一電阻的第一端接公共端，第二電阻的第一端接輸入電壓、第三電阻的第一端接偏移電壓，三個(gè)電阻的第二端接線性函數(shù)發(fā)生器的輸出端，三個(gè)電阻的阻值決定線性函數(shù)的常數(shù)。
3.電壓線性化電路在實(shí)行電壓線性化時(shí)并聯(lián)一只分流電阻(212、273)用以減輕電壓線性化電路的負(fù)擔(dān)。
全文摘要
電壓線性化電路用于處理熱電偶及熱電阻的線性化，使輸出電壓與溫度呈線性關(guān)系。輸入電壓經(jīng)許多個(gè)線性函數(shù)發(fā)生器轉(zhuǎn)變?yōu)樵S多個(gè)電壓，經(jīng)過(guò)極值選擇器選出最大值或最小值組成輸出電壓的各線段。輸出電壓的每一段由依次處于最大電壓或最小電壓的某一個(gè)線性函數(shù)發(fā)生器提供，轉(zhuǎn)換過(guò)渡平穩(wěn)，線段數(shù)越多，輸出電壓的精度越高。極值選擇器由多個(gè)輸出端串接二極管的反饋運(yùn)算放大器構(gòu)成，線性函數(shù)發(fā)生器由3個(gè)精密電阻構(gòu)成，無(wú)需調(diào)整。
文檔編號(hào)C09B61/00GK1120666SQ9411691
公開(kāi)日1996年4月17日 申請(qǐng)日期1994年10月13日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月13日
發(fā)明者林文, 白菊珍 申請(qǐng)人:林文