CN112379167A - 电阻温度系数测量装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电阻温度系数测量装置。该电阻温度系数测量电路中，加热电流输出端用于电连接至被测电阻的第一端，加热电路被配置为通过加热电流输出端向被测电阻提供加热电流；电流测量电路用于测量流经被测电阻的电流；电压测量电路用于测量被测电阻两端的电压；处理电路被配置为根据电流测量信号输入端和电压测量信号输入端的信号计算被测电阻的电阻值；温度传感电路被配置为感应被测电阻的温度，并通过温度信号输出端输出对应电信号；处理电路还被配置为根据温度信号输入端接收的电压信号确定对应的被测电阻的温度值，根据被测电阻的多个温度值以及对应的电阻值确定被测电阻的电阻温度系数。能够便捷高效地测量电阻温度系数。

Description

电阻温度系数测量装置

技术领域

本申请属于测量仪器技术领域，更具体地，涉及一种电阻温度系数测量装置。

背景技术

对于通常的电阻温度系数测量装置，有水浴法、油浴法等方案。这是加热液体后将被测电阻放置入液体中，待液体的热量传导到电阻上，稳定后测量液体的温度即可得出电阻的温度。再配合上电阻的测量电路，得出电阻值，随后可算出电阻温度系数。

现有的水浴法、油浴法测量电阻温度系数的方法存在如下不足：一是需要使用水、油等液体，并配以加热液体的加热装置，体积比较大，并增加成本；二是液体对电阻的加热需要时间升温，引起测量速率缓慢。

发明内容

本申请提供一种电阻温度系数测量装置，以至少部分解决现有技术中存在的技术问题。

本申请的实施例提供一种电阻温度系数测量装置，包括：处理电路、加热电路、电流测量电路、电压测量电路和温度传感电路；所述处理电路具有电流测量信号输入端、电压测量信号输入端和温度信号输入端，所述加热电路具有加热电流输出端，所述电流测量电路具有电流测量信号输出端，所述电压测量电路具有电压测量信号输出端，所述温度传感电路具有温度信号输出端；所述加热电流输出端用于电连接至被测电阻的第一端，所述加热电路被配置为通过所述加热电流输出端向被测电阻提供加热电流；所述电流测量电路用于测量流经被测电阻的电流；所述电压测量电路用于测量被测电阻两端的电压；所述电流测量信号输入端电连接所述电流测量信号输出端，所述电压测量信号输入端电连接所述电压测量信号输出端，所述处理电路被配置为根据所述电流测量信号输入端和所述电压测量信号输入端的信号计算被测电阻的电阻值；所述温度信号输出端电连接所述温度信号输入端，所述温度传感电路被配置为感应被测电阻的温度，并通过所述温度信号输出端输出对应的电信号；所述处理电路还被配置为根据所述温度信号输入端接收的电压信号确定对应的被测电阻的温度值，根据被测电阻的多个温度值以及对应的电阻值确定被测电阻的电阻温度系数。

在一些可选的实施方式中，所述加热电路包括第一电阻和第一晶体管，所述第一电阻的第一端和所述第一晶体管的第一极电连接第一电源端，所述第一电阻的第二端和所述第一晶体管的控制极电连接功率控制输入端，所述第一晶体管的第二极电连接被测电阻的第一端，被测电阻的第二端接地。

在一些可选的实施方式中，所述功率控制输入端电连接固定电位。

在一些可选的实施方式中，所述处理电路还具有功率控制输出端，所述功率控制输出端电连接所述功率控制输入端，用以控制所述加热电路的输出功率。

在一些可选的实施方式中，所述电流测量电路包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一运算放大器和稳值电阻；所述稳值电阻的电阻温度系数与被测电阻的电阻温度系数之比小于或等于0.01，所述稳值电阻串联在所述第一晶体管与被测电阻所在电流通路；所述第二电阻的两端分别电连接所述第一运算放大器的正向输入端和所述被测电阻的第二端，所述第三电阻的两端分别电连接所述第一运算放大器的正向输入端和所述稳值电阻的第一端，所述第四电阻的两端分别电连接所述稳值电阻的第二端和所述第一运算放大器的反相输入端，所述第五电阻的两端分别电连接所述第一运算放大器的反向输入端和输出端，所述第一运算放大器的输出端作为所述电流测量电路的电流测量信号输出端。

在一些可选的实施方式中，所述电压测量电路包括第六电阻、第七电阻和第二运算放大器；所述第二运算放大器的正向输入端电连接被测电阻的第一端，所述第六电阻的两端分别电连接所述第二运算放大器的反向输入端和输出端，所述第七电阻的两端分别电连接所述第二运算放大器的反向输入端和所述被测电阻的第二端，所述第二运算放大器的输出端作为所述电压测量信号输出端。

在一些可选的实施方式中，所述温度传感电路包括：温度传感器件和电压放大电路，所述温度传感器件包括红外传感器或热电偶，所述电压放大电路配置为对所述温度传感器件输出的电压信号放大预定倍数，所述电压放大电路的电压输出端作为所述温度信号输出端。

在一些可选的实施方式中，所述电压放大电路包括第八电阻、第九电阻和第三运算放大器，所述第三运算放大器的正向输入端接收所述温度传感器的输出电压，所述第八电阻的两端分别电连接所述第三运算放大器的反向输入端和输出端，所述第九电阻的两端分别电连接所述第三运算放大器的反向输入端和所述被测电阻的第二端。

在一些可选的实施方式中，所述处理电路具体配置为：确定被测电阻的多个温度值以及对应的电阻值；以温度为横坐标，以电阻为纵坐标建立直角坐标系，以所确定的温度值及对应的电阻值作为实测数据点，利用最小二乘法拟合得到第一直线；按照公式TC＝k/R0计算被测电阻的电阻温度系数TCR，其中k为第一直线的斜率，R0为实测数据点中最低温度对应的电阻值。

在一些可选的实施方式中，所述处理电路包括微控制器。

本申请的实施例采用加热电路提供的电流去加热被测电阻，被测电阻的升温速度可控且相对升温速度较快。此外，正是由于被测电阻无需浸入水或油中，温度传感电路可以更加接近被测电阻，从而能够灵活选择响应速度更快精度更高的温度传感器件去测量被测电阻的温度。

附图说明

图1是本申请实施例的电阻温度系数测量装置的框图。

图2是本申请实施例的电阻温度系数测量装置的电路图。

图3是本申请实施例电阻温度系数测量方法的流程图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

本申请所述电连接是指两个对象之间能够形成电路通路，并不限定二者必须直接接触，例如二者之间可以串联一电阻。

参考图1，本申请的实施例提供一种电阻温度系数测量装置，包括：处理电路1、加热电路2、电流测量电路3、电压测量电路4和温度传感电路5。

处理电路1具有电流测量信号输入端P11、电压测量信号输入端P12和温度信号输入端P13，加热电路2具有加热电流输出端P21，电流测量电路3具有电流测量信号输出端P31，电压测量电路4具有电压测量信号输出端P41，温度传感电路5具有温度信号输出端P51。

加热电流输出端P21用于电连接至被测电阻Rt的第一端，加热电路2被配置为通过加热电流输出端P21向被测电阻Rt提供加热电流；电流测量电路3用于测量流经被测电阻Rt的电流；电压测量电路4用于测量被测电阻Rt两端的电压；电流测量信号输入端P11电连接电流测量信号输出端P31，电压测量信号输入端P12电连接电压测量信号输出端P41，处理电路1被配置为根据电流测量信号输入端P11和电压测量信号输入端P12的信号计算被测电阻Rt的电阻值；

温度信号输出端P51电连接温度信号输入端P13，温度传感电路5被配置为感应被测电阻Rt的温度，并通过温度信号输出端P51输出对应电信号；

处理电路1还被配置为根据温度信号输入端P13接收的电压信号确定对应的被测电阻Rt的温度值，根据被测电阻Rt的多个温度值以及对应的电阻值确定被测电阻Rt的电阻温度系数。

处理电路1例如是微控制器。微控制器内集成有模数转换电路以及运算电路。模数转换电路能够将电流测量信号输入端P11、电压测量信号输入端P12和温度信号输入端P13接收到的电压信号转换成数字值，从而供运算电路计算出被测电阻Rt的电阻温度系数。当然，处理电路1也可以仅包含运算电路，而模数转换电路分别设置在电流测量电路3、电压测量电路4和温度传感电路5中。

本申请的实施例采用加热电路2提供的加热电流去加热被测电阻Rt，被测电阻Rt的升温速度可控且相对升温速度较快。此外，正是由于被测电阻Rt无需浸入水或油中，温度传感电路5可以更加接近被测电阻Rt，从而能够灵活选择响应速度更快精度更高的温度传感器件去测量被测电阻Rt的温度。

在一些可选的实施方式中，参考图2，加热电路2包括第一电阻R1和第一晶体管T1，第一电阻R1的第一端和第一晶体管T1的第一极电连接第一电源端VDD，第一电阻R1的第二端和第一晶体管T1的控制极电连接功率控制输入端P22，第一晶体管T1的第二极电连接被测电阻Rt的第一端，被测电阻Rt的第二端接地。

第一晶体管T1例如是P型MOS管，其第一极和第二极分别为源极和漏极中的一个，其控制极为其栅极。功率控制输入端P22应当接收低电平电压，从而使第一晶体管T1导通。第一晶体管T1和被测电阻Rt是串联在一个电流通路上的。被测电阻Rt上流经的电流大小受功率控制输入端P22电压大小的控制，还受到被测电阻Rt自身电阻值变化的影响。

被测电阻Rt的第二端接地可以使得电阻温度系数测量装置的电路电连接方式相对简单。

在一些可选的实施方式中，功率控制输入端P22电连接固定电位。如此，电阻温度系数测量装置的电路结构相对简单。

在一些可选的实施方式中，参考图2，处理电路1还具有功率控制输出端P14，功率控制输出端P14电连接功率控制输入端P22，用以控制加热电路2的输出功率。

由于处理电路1能够实时地确定当前被测电阻Rt的电阻值以及当前被测电阻Rt的温度。如被测电阻Rt的电阻值随其温度升高而降低，则处理电路1控制加热电路2输出的电流适当调减，从而使得被测电阻Rt升温速度不至于过快。如被测电阻Rt的电阻值随其温度升高而升高，则处理电路1控制加热电路2输出的电流适当调增，从而使得被测电阻Rt升温速度不至于过慢。

在一些可选的实施方式中，参考图2，电流测量电路3包括第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一运算放大器U1和稳值电阻R0；稳值电阻R0的电阻温度系数与被测电阻Rt的电阻温度系数之比小于或等于0.01，稳值电阻R0串联在第一晶体管T1与被测电阻Rt所在电流通路；第二电阻R2的两端分别电连接第一运算放大器U1的正向输入端和被测电阻Rt的第二端，第三电阻R3的两端分别电连接第一运算放大器U1的正向输入端和稳值电阻R0的第一端，第四电阻R4的两端分别电连接稳值电阻R0的第二端和第一运算放大器U1的反相输入端，第五电阻R5的两端分别电连接第一运算放大器U1的反向输入端和输出端，第一运算放大器U1的输出端作为电流测量电路3的电流测量信号输出端P31。

第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一运算放大器U1构成一差分放大电路，输出的是稳值电阻R0两端的电压差。稳值电阻R0的电阻值随温度的变化而变化的程度应当远小于被测电阻Rt。也就是稳值电阻R0的电阻值对温度不敏感。从而处理电路1根据稳值电阻R0两端的电压差和稳值电阻R0的电阻值计算出流经稳值电阻R0的电流值，也就是流经被测电阻Rt的电流值。

在一些可选的实施方式中，参考图2，电压测量电路4包括第六电阻R6、第七电阻R7和第二运算放大器U2；第二运算放大器U2的正向输入端电连接被测电阻Rt的第一端(该具体电路中也即是接地)，第六电阻R6的两端分别电连接第二运算放大器U2的反向输入端和输出端，第七电阻R7的两端分别电连接第二运算放大器U2的反向输入端和被测电阻Rt的第二端，第二运算放大器U2的输出端作为电压测量信号输出端P41。

第六电阻R6、第七电阻R7和第二运算放大器U2构成一隔离放大电路，对被测电阻Rt两端电压进行放大。

在一些可选的实施方式中，参考图2，温度传感电路5包括：温度传感器件和电压放大电路，温度传感器件包括红外传感器或热电偶，电压放大电路配置为对温度传感器件输出的电压信号放大预定倍数，电压放大电路的电压输出端作为温度信号输出端P51。

红外传感器和热电偶均能靠近被测电阻Rt，并且响应速度均比现有的的水浴法、油浴法快。如选用热电偶，则需热电偶紧贴被测电阻Rt的表面。在计算被测电阻Rt温度时还需考虑热电偶与被测电阻Rt接触面积的大小。采用红外传感器则允许红外传感器与被测电阻Rt之间有一定距离，在电阻温度系数测量装置的结构设计上更加灵活。

在一些可选的实施方式中，参考图2，电压放大电路包括第八电阻R8、第九电阻R9和第三运算放大器U3，第三运算放大器U3的正向输入端接收温度传感器的输出电压，第八电阻R8的两端分别电连接第三运算放大器U3的反向输入端和输出端，第九电阻R9的两端分别电连接第三运算放大器U3的反向输入端和被测电阻Rt的第二端。

在一些可选的实施方式中，参考图3，处理电路1具体配置为采用如下步骤计算得到被测电阻Rt的电阻温度系数。

S1、确定被测电阻Rt的多个温度值以及对应的电阻值。

S2、以温度为横坐标，以电阻为纵坐标建立直角坐标系，以所确定的温度值及对应的电阻值作为实测数据点，利用最小二乘法拟合得到第一直线。

S3、按照公式TCR＝k/R0计算被测电阻Rt的电阻温度系数TCR，其中k为第一直线的斜率，R0为实测数据点中最低温度对应的电阻值。

在被测电阻Rt逐渐升温的过程中，处理电路1能够确定多个数据点。收到测量精度、准度以及被测电阻Rt本身性质的影响，如采用任意两个数据点计算被测电阻Rt的电阻温度系数，得到的电阻温度系数显然不是一个定值。工程上通常假定在一定温度范围内，电阻温度系数为一定值。需需要确定这个近似的定值，使得其在这个温度范围内误差最小。

根据电阻温度系数的定义：TCR＝(R-R0)/[R0*(T-T0)],R为实时电阻，R0为初始电阻(也就是选取的最低温度对应的电阻)，T为实时温度，T0为初始温度(也就是选取的最低温度)。进而可以得到一直线方程：R＝R0*T*TCR+(R0-T0*R0*TCR)。如利用最小二乘法拟合出与实测数据点误差最小的第一直线，第一直线的斜率k＝R0*TCR，从而可以得到TCR＝k/R0。

处理电路1采用上述计算方法计算得到的被测电阻Rt的温度系数，误差相对较小，更接近实际的情况。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电阻温度系数测量装置，其特征在于，包括：处理电路、加热电路、电流测量电路、电压测量电路和温度传感电路；

所述处理电路具有电流测量信号输入端、电压测量信号输入端和温度信号输入端，所述加热电路具有加热电流输出端，所述电流测量电路具有电流测量信号输出端，所述电压测量电路具有电压测量信号输出端，所述温度传感电路具有温度信号输出端；

所述加热电流输出端用于电连接至被测电阻的第一端，所述加热电路被配置为通过所述加热电流输出端向被测电阻提供加热电流；

所述电流测量电路用于测量流经被测电阻的电流；

所述电压测量电路用于测量被测电阻两端的电压；

所述电流测量信号输入端电连接所述电流测量信号输出端，所述电压测量信号输入端电连接所述电压测量信号输出端，所述处理电路被配置为根据所述电流测量信号输入端和所述电压测量信号输入端的信号计算被测电阻的电阻值；

所述温度信号输出端电连接所述温度信号输入端，所述温度传感电路被配置为感应被测电阻的温度，并通过所述温度信号输出端输出对应的电信号；

所述处理电路还被配置为根据所述温度信号输入端接收的电压信号确定对应的被测电阻的温度值，根据被测电阻的多个温度值以及对应的电阻值确定被测电阻的电阻温度系数。

2.根据权利要求1所述的电阻温度系数测量装置，其特征在于，所述加热电路包括第一电阻和第一晶体管，所述第一电阻的第一端和所述第一晶体管的第一极电连接第一电源端，所述第一电阻的第二端和所述第一晶体管的控制极电连接功率控制输入端，所述第一晶体管的第二极电连接被测电阻的第一端，被测电阻的第二端接地。

3.根据权利要求2所述的电阻温度系数测量装置，其特征在于，所述功率控制输入端电连接固定电位。

4.根据权利要求2所述的电阻温度系数测量装置，其特征在于，所述处理电路还具有功率控制输出端，所述功率控制输出端电连接所述功率控制输入端，用以控制所述加热电路的输出功率。

5.根据权利要求1所述的电阻温度系数测量装置，其特征在于，所述电流测量电路包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一运算放大器和稳值电阻；

所述稳值电阻的电阻温度系数与被测电阻的电阻温度系数之比小于或等于0.01，所述稳值电阻串联在所述第一晶体管与被测电阻所在电流通路；

所述第二电阻的两端分别电连接所述第一运算放大器的正向输入端和所述被测电阻的第二端，所述第三电阻的两端分别电连接所述第一运算放大器的正向输入端和所述稳值电阻的第一端，所述第四电阻的两端分别电连接所述稳值电阻的第二端和所述第一运算放大器的反相输入端，所述第五电阻的两端分别电连接所述第一运算放大器的反向输入端和输出端，所述第一运算放大器的输出端作为所述电流测量电路的电流测量信号输出端。

6.根据权利要求1所述的电阻温度系数测量装置，其特征在于，所述电压测量电路包括第六电阻、第七电阻和第二运算放大器；

所述第二运算放大器的正向输入端电连接被测电阻的第一端，所述第六电阻的两端分别电连接所述第二运算放大器的反向输入端和输出端，所述第七电阻的两端分别电连接所述第二运算放大器的反向输入端和所述被测电阻的第二端，所述第二运算放大器的输出端作为所述电压测量信号输出端。

7.根据权利要求1所述的电阻温度系数测量装置，其特征在于，所述温度传感电路包括：温度传感器件和电压放大电路，所述温度传感器件包括红外传感器或热电偶，所述电压放大电路配置为对所述温度传感器件输出的电压信号放大预定倍数，所述电压放大电路的电压输出端作为所述温度信号输出端。

8.根据权利要求7所述的电阻温度系数测量装置，其特征在于，所述电压放大电路包括第八电阻、第九电阻和第三运算放大器，所述第三运算放大器的正向输入端接收所述温度传感器的输出电压，所述第八电阻的两端分别电连接所述第三运算放大器的反向输入端和输出端，所述第九电阻的两端分别电连接所述第三运算放大器的反向输入端和所述被测电阻的第二端。

9.根据权利要求1所述的电阻温度系数测量装置，其特征在于，所述处理电路具体配置为：

确定被测电阻的多个温度值以及对应的电阻值；

以温度为横坐标，以电阻为纵坐标建立直角坐标系，以所确定的温度值及对应的电阻值作为实测数据点，利用最小二乘法拟合得到第一直线；

按照公式TCR＝k/R0计算被测电阻的电阻温度系数TCR，其中k为第一直线的斜率，R0为实测数据点中最低温度对应的电阻值。

10.根据权利要求1所述的电阻温度系数测量装置，其特征在于，所述处理电路包括微控制器。

Images