CN102539001B - 温度测量装置及其温度测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种温度测量装置，包括至少两路温度传感器、精密参考电阻组、通道切换装置、精密恒流源组、低通滤波器、模数转换器以及控制器，所述温度传感器与通道切换装置形成温度测量通道，所述低通滤波器和所述模数转换器连接组成信号处理电路；所述温度传感器、所述精密恒流源组、精密参考电阻组通过所述通道切换装置与所述低通滤波器相连；所述控制器分别与所述通道切换装置、精密恒流源和模数转换器相连，控制所述精密参考电阻组的精密参考电阻、精密恒流源组的精密恒流源以及温度测量通道的选择，处理所述模数转换器的数字信号。
Description
技术领域
本发明涉及温度测量领域，尤其涉及一种高精度自适应温度测量装置及其温度测量方法。
背景技术
温度是生产过程和科学试验中普遍且重要的物理参数，是优质、高产、低耗和安全生产的主要条件，许多的温度测量装置及其温度测量方法先后在电力、化工、石油、热处理、塑料、橡胶、印染和食品等领域中得到广泛应用。
目前应用的温度测量装置及其温度测量方法具有实施局限性，或者达不到高精度测量标准。
申请号为200710076831.7，公开号为CN 101377440A的专利《温度测量装置及其温度校验方法》提出一种温度测量装置和温度校验方法，采用实时测量的采样模数转换值-温度对应曲线代替温度传感器的电阻-温度曲线，在一定程度上消除了温度测量装置的零位误差、增益误差以及热电势等各种测量装置本身的误差。但对于非线性的温度传感器，如热敏电阻温度传感器，由于传感器非线性较强，使用简单的小区间线性的方法不能做到高精度测量，所以不能用于所有传感器的高精度温度测量。
申请号为200610063318.X，公开号为CN 101169341A的专利《一种温度测量电路》公开了一种温度测量电路，适用于多种温度传感器，同时消除了通道切换时的漏电流对系统的测量的影响。但对于各种温度传感器，采用的电流源激励不变，而对温度传感器采用不合适的电流源激励会造成自热误差或使得传感器输出信号信噪比偏低，很难做到高精度温度测量。
因此需要一种温度测量装置或者温度测量方法，可针对不同种类温度传感器，自动选择合适的激励恒流源与合适的精密参考电阻，最大程度减小测量误差，做到高精度自适应温度测量。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种高精度自适应温度测量装置及其温度测量方法，可针对不同种类温度传感器，自动选择合适的激励恒流源与合适的精密参考电阻，最大程度减小测量误差，做到自适应高精度温度测量。
为了解决上述问题，本发明提供一种温度测量装置，包括至少两路温度传感器、精密参考电阻组、通道切换装置、精密恒流源组、低通滤波器、模数转换器、以及控制器，所述温度传感器与通道切换装置形成温度测量通道，所述低通滤波器和所述模数转换器连接组成信号处理电路；所述温度传感器、所述精密恒流源组、精密参考电阻组通过所述通道切换装置与所述低通滤波器相连；所述控制器分别与所述通道切换装置、精密恒流源和模数转换器相连，控制所述精密参考电阻组的精密参考电阻、精密恒流源组的精密恒流源以及温度测量通道的选择，处理所述模数转换器的数字信号。
进一步的，所述温度传感器为四线制的铂电阻温度传感器或热敏电阻温度传感器。
进一步的，所述通道切换装置为模拟多路开关，通道数与温度传感器的通道数一致。
进一步的，所述精密参考电阻组提供多种精密参考电阻，提供的阻值为0～100KΩ，电阻容差在0.01％以内，温漂小于20ppm/℃。
进一步的，所述精密参考电阻组提供6种精密参考电阻，阻值分别10Ω、100Ω、500Ω、1KΩ、5KΩ、10KΩ。
进一步的，所述精密恒流源组提供多种精密恒流源，提供的激励电流信号为0～10mA，输出电流重复精度在0.01％以内，准确度在0.1％以内，温漂小于20ppm/℃。
进一步的，所述精密恒流源组提供4种精密恒流源，提供的激励电流信号分别为10uA、100uA、1mA、5mA。
进一步的，所述低通滤波器用于滤除所述温度传感器和精密参考电阻输出信号中的高频噪声，截止频率小于50Hz，阻带衰减大于40dB。
进一步的，所述模数转换器用于将温度传感器的模拟信号转换为数字信号，模数转换有效位数在19位以上，采样频率大于20Hz。
根据本发明的另一面，提供一种应用上述温度测量装置的温度测量方法，包括如下步骤：
控制精密恒流源组激励精密参考电阻组，并采样每种精密参考电阻两端压降获取精密参考电阻模数转换值-精密恒流源参考数据库；
使用某种精密恒流源通过控制通道切换装置对某路温度传感器进行激励，初步测得所述温度传感器的电阻；
根据初步测得的所述温度传感器的电阻选择最合适的精密恒流源对所述温度传感器重新激励并采样得到所述温度传感器两端压降的模数转换值；
从精密参考电阻模数转换值-精密恒流源参考数据库选择最合适的参考数据，与所述温度传感器两端压降的模数转换值进行对比得到所述温度传感器的实时电阻；
根据所述温度传感器的实时电阻计算所述温度传感器的温度测量值；
通过通道切换装置转入下一路温度传感器通道的测量流程，依次循环测量。
进一步的，所述精密参考电阻模数转换值-精密恒流源参考数据库通过对每种精密参考电阻分别进行每种精密恒流源激励得到。
与现有技术相比，本发明的温度测量装置采用了多种精密参考电阻组成的精密参考电阻组、通道切换装置和多种精密恒流源组成的精密恒流源组，在温度测量时对于每种温度传感器，都能选用最合适的精密恒流源进行激励，并且选择最合适的精密参考电阻进行对比。测量装置失调电压等误差造成的温度测量误差降低到可忽略的程度，达到了高精度自适应温度测量的目的。
附图说明
图1是本发明较佳实施例的温度测量装置示意图；
图2是本发明应用温度测量装置测量温度的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的温度测量装置及其温度测量方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1所示，本发明提供一种温度测量装置，包括至少两路温度传感器、精密参考电阻组、通道切换装置、精密恒流源组、低通滤波器、模数转换器以及控制器，所述温度传感器与通道切换装置形成温度测量通道，所述低通滤波器和所述模数转换器连接组成信号处理电路；所述温度传感器、所述精密恒流源组、精密参考电阻组通过所述通道切换装置与所述低通滤波器相连；所述控制器分别与所述通道切换装置、精密恒流源和模数转换器相连，控制所述精密参考电阻组的精密参考电阻、精密恒流源组的精密恒流源以及温度测量通道的选择，处理所述模数转换器的数字信号。
本实施例中，温度传感器为热敏电阻温度传感器，其温度测量精度为±0.001℃，在22℃时电阻值为5kΩ左右，通道数(路数)记为N，N大于2；所述通道切换装置为模拟多路开关，通道数与温度传感器的通道数一致；所述精密参考电阻组提供的精密参考电阻有6种，对应阻值为10Ω、100Ω、500Ω、1KΩ、5KΩ、10KΩ，电阻容差为±0.01％，温漂系数为5ppm；所述精密恒流源组的精密恒流源有4种，提供的激励电流信号分别为10uA/100uA/1mA/5mA，输出电流重复精度为±0.01％，输出电流准确度在±0.1％以上；所述低通滤波器为低通有源滤波器，截止频率在50Hz以下，阻带衰减大于40dB；所述模数转换器的模数转换有效位数最高可达23位，所述控制器用以运行自适应温度测量算法，在自适应温控测量方法的控制下对模拟多路开关提供开关选择信号，选择当前扫描通道(温度测量通道)，选择最合适的精密恒流源，选择使用最合适的精密参考电阻，对模数转换器的数字信号进行处理。
在本发明的其他实施例中，所述温度传感器分别为四线制的铂电阻温度传感器或热敏电阻温度传感器；所述精密参考电阻组提供多种精密参考电阻，提供的阻值为0～100KΩ，电阻容差在0.01％以内，温漂小于20ppm/℃；所述精密恒流源组至少提供多种精密恒流源，提供的激励电流信号为0～10mA，输出电流重复精度在0.01％，准确度在0.1％以内，温漂小于20ppm/℃；所述低通滤波器的截止频率在50Hz以下，阻带衰减大于40dB；所述模数转换器的模数转换有效位数在19位以上，采样频率大于20Hz。
根据本发明的另一面，提供一种应用上述温度测量装置的温度测量方法，该方法给温度测量装置上电后的操作流程如图2所示。
步骤1，控制精密恒流源组激励精密参考电阻组，并采样每种精密参考电阻两端压降获取精密参考电阻模数转换值-精密恒流源参考数据库。本实施例中，所述通道切换装置在控制器控制下，分别对10Ω/100Ω/500Ω/1KΩ/5KΩ/10KΩ六种精密参考电阻进行10uA/100uA/1mA/5mA四种恒流源激励，所述模数转换器采样每个精密参考电阻两端的压降，得到各个精密参考电阻的模数转换值-阻值对应数据共二十四组数据，作为精密参考电阻模数转换值-精密恒流源参考数据库，存入控制器内存中。此操作不必太频繁，一般开机后进行一次，每工作24小时后再进行一次。在本发明的其他实施例中，精密恒流源与精密参考电阻的数量可根据实际情况调整。本实施例中测量背景为室温。
步骤2，使用某种精密恒流源通过控制通道切换装置对某路温度传感器进行激励，初步测得所述温度传感器的电阻。本实施例中，控制通道切换装置选通扫描第n路温度传感器所在通道，上电后第一次执行扫描时，n为1，即本测量方法是通过依次顺序扫描N路温度传感器实现的；选用100uA精密恒流源对第n路温度传感器进行激励，模数转换器采样第n路温度传感器的两端电压大小；将得到的电压值除以100uA电流，初步测得第n路温度传感器电阻。
步骤3，根据初步测得的所述温度传感器的电阻选择最合适的精密恒流源对所述温度传感器重新激励并采样得到所述温度传感器两端压降的模数转换值。本实施例中，根据步骤2初步测得的第n路温度传感器电阻，重新选择最合适的精密恒流源激励对第n路温度传感器进行再次激励。当第n路温度传感器为Pt10温度传感器时，电阻为10Ω左右，选择5mA精密恒流源；当为Pt100温度传感器时，电阻为100Ω左右，选择1mA精密恒流源；当为Pt1000温度传感器时，电阻为1kΩ左右，选择100uA精密恒流源，当第n路温度传感器为热敏电阻温度传感器，且电阻值为5kΩ左右时，选择10uA精密恒流源。所述模数转换器采样第n路温度传感器在对应的最合适的精密恒流源激励下的两端电压大小，得到第n路温度传感器两端电压差的模数转换值，比如当第n路温度传感器为Pt100温度传感器时，采样得到Pt100温度传感器在1mA精密恒流源激励下两端电压即可得到Pt100温度传感器的模数转换值。
步骤4，从精密参考电阻模数转换值-精密恒流源参考数据库选择最合适的参考数据，与所述温度传感器两端压降的模数转换值进行对比得到所述温度传感器的实时电阻。比如，使用1mA恒流源和Pt100测量温度时，从精密参考电阻模数转换值-精密恒流源参考数据库选择1mA和100Ω精密参考电阻的模数转换值-阻值参考数据，以此类推；再将步骤3中得到的第n路温度传感器两端电压差的模数转换值与所选择的最合适的参考数据进行对比，得到第n路温度传感器的实时电阻。
步骤5，根据所述温度传感器的实时电阻计算所述温度传感器的温度测量值。本实施例中，在准确测量得到第n路温度传感器的实时电阻后，再依据第n路温度传感器出品时提供的温度-电阻关系等式，就可以计算得到第n路温度传感器的当前温度值。
步骤6，通过通道切换装置转入下一路温度传感器通道的测量流程，依次循环测量。如图2所示，本实施例中控制所述通道切换装置，切换扫描通道。如当前通道n已为最大通道数N，则n复位为1；否则n自动加1，切换到下一个通道。转到步骤3处理下一个通道的温度传感器。
综上所述，本发明的温度测量装置采用了多种精密参考电阻组成的精密参考电阻组、通道切换装置和多种精密恒流源组成的精密恒流源组，在温度测量时对于每种温度传感器，都能选用最合适的精密恒流源进行激励，并且选择最合适的精密参考电阻进行对比。测量装置失调电压等误差造成的温度测量误差降低到可忽略的程度，达到了高精度自适应温度测量的目的。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种应用如下温度测量装置的温度测量方法，所述温度测量装置包括至少两路温度传感器、精密参考电阻组、通道切换装置、精密恒流源组、低通滤波器、模数转换器以及控制器，所述温度传感器与通道切换装置形成温度测量通道，所述低通滤波器和所述模数转换器连接组成信号处理电路；所述温度传感器、所述精密恒流源组、精密参考电阻组通过所述通道切换装置与所述低通滤波器相连；所述控制器分别与所述通道切换装置、精密恒流源组和模数转换器相连，控制所述精密参考电阻组的精密参考电阻、精密恒流源组的精密恒流源以及温度测量通道的选择，处理所述模数转换器的数字信号，所述温度测量方法包括如下步骤：
控制精密恒流源组激励精密参考电阻组，获取精密参考电阻模数转换值-精密恒流源参考数据库；
使用某种精密恒流源通过控制通道切换装置对某路温度传感器进行激励，初步测得所述温度传感器的电阻；
根据初步测得的所述温度传感器的电阻选择最合适的精密恒流源对所述温度传感器重新激励并采样得到所述温度传感器两端压降的模数转换值；
从精密参考电阻模数转换值-精密恒流源参考数据库选择最合适的参考数据，与所述温度传感器两端压降的模数转换值进行对比得到所述温度传感器的实时电阻；
根据所述温度传感器的实时电阻计算所述温度传感器的温度测量值；
通过通道切换装置转入下一路温度传感器通道的测量流程，依次循环测量。
2.如权利要求1所述的温度测量方法，其特征在于，所述温度传感器为四线制的铂电阻温度传感器或热敏电阻温度传感器。
3.如权利要求1所述的温度测量方法，其特征在于，所述通道切换装置为模拟多路开关，通道数与温度传感器的通道数一致。
4.如权利要求1所述的温度测量方法，其特征在于，所述精密参考电阻组提供多种精密参考电阻，提供的阻值为0～100KΩ，电阻容差在0.01%以内，温漂小于20ppm/℃。
5.如权利要求4所述的温度测量方法，其特征在于，所述精密参考电阻组提供6种精密参考电阻，阻值分别10Ω、100Ω、500Ω、1KΩ、5KΩ、10KΩ。
6.如权利要求1所述的温度测量方法，其特征在于，所述精密恒流源组提供多种精密恒流源，提供的激励电流信号为0～10mA，输出电流重复精度在0.01%以内，准确度在0.1%以内，温漂小于20ppm/℃。
7.如权利要求6所述的温度测量方法，其特征在于，所述精密恒流源组提供4种精密恒流源，提供的激励电流信号分别为10uA、100uA、1mA、5mA。
8.如权利要求1所述的温度测量方法，其特征在于，所述低通滤波器用于滤除所述温度传感器和精密参考电阻输出信号中的高频噪声，截止频率小于50Hz，阻带衰减大于40dB。
9.如权利要求1所述的温度测量方法，其特征在于，所述模数转换器用于将温度传感器的模拟信号转换为数字信号，模数转换有效位数在19位以上，采样频率大于20Hz。
10.如权利要求1所述的温度测量方法，其特征在于，所述精密参考电阻模数转换值-精密恒流源参考数据库通过对每种精密参考电阻分别进行各种精密恒流源激励得到。
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| PB01 | Publication | ||
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