專利名稱：一種高精度溫度測量裝置及測量方法
技術領域：
本發明涉及一種溫度測量裝置，特別涉及一種利用鉬電阻進行四線制溫度測量的 高精度溫度測量裝置及其測量方法。
背景技術：
鉬電阻溫度傳感器是利用金屬鉬的電阻值會隨著溫度高低不同而發生相應變 化這一物理特性進行溫度測量，具有很好的重現性和穩定性，并且溫度范圍廣，可以達 到-200 650°C，廣泛應用于工業測溫以及航空航天精密溫度測量領域，并且被制成標準 溫度計供計量和校準使用，因此對鉬電阻溫度傳感器的溫度測量裝置要求其具有高精度、 高穩定性和多路一致性等特點。目前多數鉬電阻溫度測量裝置采用兩線制不平衡電橋技術，通過電壓源進行供 電。采用這種兩線制測溫方法進行設計的缺點是鉬電阻兩端電壓與連接鉬電阻的引線電壓 共同構成鉬電阻溫度傳感器的輸出電壓值，由于導線電阻帶來的附加誤差使得實際測量電 壓值偏高，因此該測量裝置導線不宜過長，且只能用于測溫精度要求不高的場合。目前一種改進的鉬電阻溫度測量裝置采用三線制不平衡電橋技術，將鉬電阻作為 電橋的一個橋臂電阻，橋臂兩端各分別連接鉬電阻的兩根引線，鉬電阻的另外一根引線連 接到電壓測量裝置，這樣消除了引線電阻帶來的測量誤差，但該電橋必須為全等臂電橋，且 引出的三根導線截面積和長度均相同，否則不會完全消除導線電阻的影響。目前另一種改進的鉬電阻溫度測量裝置采用四線制測量技術，鉬電阻兩條引線提 供恒定電流，通過另兩條引線測量鉬電阻兩端的電壓降，通過一級差動放大電路和一級單 雙極轉換放大器實現對鉬電阻兩端的電壓測量。這種方法完全消除了鉬電阻引線帶來的誤 差，但缺點是三個放大器級聯造成測量精度難以控制，增大了輸入電壓偏移量和輸入噪聲， 并且采用三個精密運算放大器增加了電路成本和電路面積，且多路一致性不好。
發明內容
為了解決上述三種通用的溫度測量裝置存在的問題，本發明的目的在于提供一種 高精度溫度測量裝置及其測量方法，通過精密儀表放大器實現了對鉬電阻溫度傳感器的高 精度四線制溫度測量，適用于低成本、高精度、穩定性和一致性好的精密溫度測量領域。為了實現上述目的，本發明提供一種高精度溫度測量裝置，包括低漂移電壓參考 電路部分、測量隔離電路部分、鉬電阻溫度傳感器和精密儀表放大電路部分。所述低漂移電壓參考電路部分，由高精度電壓基準和微調滑動變阻器組成，為所 述測量隔離電路部分提供低漂移的基準電壓，電壓漂移低于10X10_6/°C ；所述測量隔離電路部分，由高增益且補償電壓接近零的高精度放大器和精密電阻 組成，用于為鉬電阻溫度傳感器提供恒流源；所述鉬電阻溫度傳感器，采用四線制接法，其中，兩引線電阻連接到所述測量隔離 電路部分作為動力引線，另外兩引線電阻連接到精密儀表放大電路部分作為傳感引線；
所述精密儀表放大電路部分，由精密儀表放大器和精密電阻組成，將鉬電阻溫度 傳感器的兩條傳感引線連接到所述精密儀表放大器，通過改變精密電阻阻值，即可控制精 密儀表放大器的增益。這里，所述精密儀表放大器的輸入阻抗要求足夠高，保證輸入端沒有 電流流過。另外，本發明還提供一種高精度溫度測量裝置的測量方法，包括如下步驟1)將低漂移電壓參考電路部分、測量隔離電路部分、鉬電阻溫度傳感器和精密儀 表放大電路部分進行連接之后，測量構成所述精密儀表放大電路部分的精密儀表放大器電 壓輸出電壓Vout ；2)根據所述精密儀表放大器的增益G，計算得到鉬電阻溫度傳感器兩端的電壓V =Vout/G ；3)通過歐姆定律計算得到鉬電阻溫度傳感器的阻值Rt = V/I，其中，I為恒流源 電流，然后通過查詢鉬電阻溫度傳感器的阻值與溫度的關系分度表得到精確的溫度值。這里，由于鉬電阻溫度傳感器通過兩條動力引線串聯于恒流源中，電流恒定，因此 通過歐姆定律即可得到鉬電阻溫度傳感器的阻值，又由于鉬電阻溫度傳感器的阻值隨溫度 變化而變化，通過查詢鉬電阻溫度傳感器的阻值與溫度的關系分度表，即可得到精確的溫 度值。本發明的一種高精度溫度測量裝置及測量方法的有益效果在于適用于低成本、 高精度、穩定性和一致性好的精密溫度測量領域。為了滿足多方面的需求，對通用的三種溫 度測量裝置進行了優化改進設計，通過精密儀表放大器實現了對鉬電阻溫度傳感器的高精 度四線制溫度測量，使該溫度測量裝置的精度更高、穩定性和多路一致性更好，且降低了成 本，應用范圍更加廣泛。
圖1是本發明的高精度溫度測量裝置的組成框圖。圖2是本發明的高精度溫度測量裝置的電連接示意圖。圖3是本發明的高精度溫度測量裝置的測量方法的流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方案對本發明的一種高精度溫度測量裝置及其測量方 法進行詳細的說明。圖1是表示本發明的一種高精度溫度測量裝置的組成框圖。如圖1所示，本發明 的高精度溫度測量裝置，主要由低漂移電壓參考電路部分、測量隔離電路部分、鉬電阻溫度 傳感器和精密儀表放大電路部分組成。低漂移電壓參考電路部分，由高精度電壓基準和微調滑動變阻器組成，為所述測 量隔離電路提供低漂移的基準電壓；測量隔離電路部分，由高增益且補償電壓接近零的高精度放大器和精密電阻組 成，用于為鉬電阻溫度傳感器提供恒流源；鉬電阻溫度傳感器，采用四線制接法，其中，兩條引線電阻連接到所述測量隔離電 路作為動力引線，另外兩條引線電阻連接到精密儀表放大電路作為傳感引線。
精密儀表放大電路部分，由精密儀表放大器和精密電阻組成，將鉬電阻溫度傳感 器的兩條傳感引線連接到精密儀表放大器，通過改變精密電阻阻值，即可控制精密儀表放 大器的增益。這里，精密儀表放大器的輸入阻抗要求足夠高，保證輸入端沒有電流流過。圖2是構成本發明的一種高精度溫度測量裝置的電連接示意圖。如圖2所示，低 漂移電壓參考電路部分由高精度電壓基準和微調滑動變阻器組成，保證電壓漂移不超過 10X10_6/°C。測量隔離電路部分由高增益且補償電壓接近零的高精度放大器和精密電阻 R1、R2組成，低漂移電壓參考電路和測量隔離電路共同為鉬電阻溫度傳感器Rt提供恒流 源。此外，該高精度溫度測量裝置，采用四線制鉬電阻測溫，RxURX2.Rx3.Rx4為鉬電 阻溫度傳感器的四個引線電阻，其中，Rxl和Rx3屬于動力引線，負責將鉬電阻溫度傳感器 連接到恒流源，Rx2和Rx4屬于傳感引線，負責將電阻溫度檢測器的電壓連接到精密儀表放 大器。這樣可將負責驅動鉬電阻溫度傳感器的恒流電源和測溫電路兩者分開，由于精密儀 表放大器的輸入阻抗足夠高，即輸入端沒有電流流過，則A、B兩端電壓即為鉬電阻溫度傳 感器Rt兩端電壓，與引線電阻Rx2和Rx4無關，即使Rxl和Rx3引線電阻出現壓降也不會 影響測量電壓的準確性，溫度測量精度達到0. 1°C以下。精密儀表放大電路部分由精密儀表放大器和精密電阻Rg組成，通過改變精密電 阻Rg的阻值，即可控制精密儀表放大器的增益。本發明之所以采用精密儀表放大電路代替 現有的差動放大電路與單雙極轉換放大器的組合，主要是因為基本的差動放大電路精密度 較差，且差動放大電路在變更放大增益時，需要同時調節兩個差動放大器的電阻，造成其精 確度難以控制。同時，現有的由三個放大器共同組成的放大電路，由于兩個差動放大器的輸 出共同作為后一級單雙極轉換放大器的輸入，導致輸入電壓偏移和輸入噪聲為精密儀表放 大器的化倍，因此，本發明采用精密儀表放大器對鉬電阻兩端電壓進行測量放大，不僅節 省了器件，減小了電路面積，而且節約了電路成本。另外，圖3是本發明的高精度溫度測量裝置的測量方法的流程圖，如圖3所示，本 發明的高精度溫度測量裝置的測量方法，包括如下步驟1)將低漂移電壓參考電路部分、測量隔離電路部分、鉬電阻溫度傳感器和精密儀 表放大電路部分進行連接之后，測量構成所述精密儀表放大電路部分的精密儀表放大器電 壓輸出電壓Vout ；2)根據所述精密儀表放大器的增益G，計算得到鉬電阻溫度傳感器兩端的電壓V =Vout/G ；3)通過歐姆定律計算得到鉬電阻溫度傳感器的阻值Rt = V/I，其中，I為恒流源 電流，然后通過查詢鉬電阻溫度傳感器的阻值與溫度的關系分度表得到精確的溫度值。這里，由于鉬電阻溫度傳感器通過兩條動力引線串聯于恒流源中，電流恒定，因此 通過歐姆定律即可得到鉬電阻溫度傳感器的阻值，進而由于鉬電阻溫度傳感器的阻值隨溫 度變化而變化，通過查詢鉬電阻溫度傳感器的阻值與溫度的關系分度表，即可得到精確的 溫度值。綜上所述，本發明的高精度溫度測量裝置不僅克服了以往的兩線制和三線制不平 衡電橋電路中由引線電阻引起的測量誤差，也彌補了自制差動放大電路和單雙擊轉換放大 器級聯造成的精度控制困難、輸入電壓偏移和輸入噪聲大等缺陷。本發明通過精密儀表放大電路對鉬電阻溫度傳感器進行四線制測溫，具有更高的精度、更好的穩定性和多路一致 性，是一種具有創新性的優化設計的溫度測量裝置，滿足了高精度溫度測量的需要，應用十 分廣泛。
權利要求
一種高精度溫度測量裝置，其特征在于，包括低漂移電壓參考電路部分、測量隔離電路部分、鉑電阻溫度傳感器和精密儀表放大電路部分，所述低漂移電壓參考電路部分，由高精度電壓基準和微調滑動變阻器組成，為所述測量隔離電路部分提供低漂移的基準電壓；所述測量隔離電路部分，由高增益且補償電壓接近零的高精度放大器和精密電阻組成，用于為鉑電阻溫度傳感器提供恒流源；所述鉑電阻溫度傳感器，采用四線制接法，其中，兩條引線電阻連接到所述測量隔離電路部分作為動力引線，另外兩條引線電阻連接到精密儀表放大電路部分作為傳感引線；所述精密儀表放大電路部分，由精密儀表放大器和精密電阻組成，將鉑電阻溫度傳感器的兩條傳感引線連接到所述精密儀表放大器，通過改變精密電阻阻值，來控制精密儀表放大器的增益。
2.如權利要求1所述的高精度溫度測量裝置，其特征在于，所述低漂移電壓參考電路 部分提供的基準電壓的漂移低于10X10_6/°C。
3.如權利要求1所述的高精度溫度測量裝置，其特征在于，所述精密儀表放大器輸入 阻抗足夠高，保證輸入端沒有電流流過。
4.一種高精度溫度測量裝置的測量方法，其特征在于，是所述權利要求1 3中任意一 項所述的高精度溫度測量裝置的測量方法，包括如下步驟1)將低漂移電壓參考電路部分、測量隔離電路部分、鉬電阻溫度傳感器和精密儀表放 大電路部分進行連接之后，測量構成所述精密儀表放大電路部分的精密儀表放大器電壓輸 出電壓Vout ；2)根據所述精密儀表放大器的增益G，計算得到鉬電阻溫度傳感器兩端的電壓V= Vout/G ；3)通過歐姆定律計算得到鉬電阻溫度傳感器的阻值Rt= V/I，其中，I為恒流源電流， 然后通過查詢鉬電阻溫度傳感器的阻值與溫度的關系分度表得到精確的溫度值。
全文摘要
本發明提供一種高精度溫度測量裝置及其測量方法。該裝置包括低漂移電壓參考電路部分，由高精度電壓基準和微調滑動變阻器組成，為測量隔離電路部分提供低漂移的基準電壓；測量隔離電路部分，由高精度放大器和精密電阻組成，用于為鉑電阻溫度傳感器提供恒流源；鉑電阻溫度傳感器，采用四線制接法，兩條連接到測量隔離電路部分作為動力引線，另外兩條連接到精密儀表放大電路部分作為傳感引線；精密儀表放大電路部分，由精密儀表放大器和精密電阻組成，通過改變精密電阻阻值，來控制精密儀表放大器的增益。本發明通過精密儀表放大器實現對鉑電阻溫度傳感器的高精度四線制溫度測量，適用于低成本、高精度、穩定性和一致性好的精密溫度測量領域。
文檔編號G01K7/20GK101957243SQ200910088948
公開日2011年1月26日 申請日期2009年7月14日 優先權日2009年7月14日
發明者劉璟怡, 張升偉, 張瑜 申請人:中國科學院空間科學與應用研究中心
專業數控銑床產品供應商
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