一種寬量程高精度的鉑電阻溫度測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及工業(yè)生產(chǎn)過程檢測領(lǐng)域，特別是涉及一種寬量程高精度的Ptioo 鉑電阻溫度測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 溫度是工業(yè)生產(chǎn)過程中非常重要的測量參數(shù)，溫度測量和控制的準(zhǔn)確性直接影響 產(chǎn)品生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量。隨著測量技術(shù)的發(fā)展，對溫度測量精度的要求也越來越高。鉑電阻 溫度傳感器因具有精度高、線性度好、響應(yīng)速度快等諸多優(yōu)點，被作為工業(yè)精密測量系統(tǒng)中 廣泛使用的理想測溫元件。
[0003] -30-300 °C是科學(xué)研宄和工業(yè)生產(chǎn)最常用的溫度范圍，隨著科學(xué)研宄和工業(yè)生產(chǎn) 對溫度測量精度和分辨率要求的提高，具有高分辨率、高精度的溫度測量方法的研宄、相關(guān) 高分辨率、高精度測溫儀器的研發(fā)已收到廣泛的關(guān)注。標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計作為1990年國際 溫標(biāo)（ITS- 90)規(guī)定的內(nèi)插測溫儀器，是-30-300°C溫度段內(nèi)測溫準(zhǔn)確度最高的測溫儀器。 鉑電阻作為溫度敏感元件，是鉑電阻溫度計的核心部件。PtlOO鉑電阻作為精密測溫常用的 傳感器具有性能穩(wěn)定、重復(fù)性好、誤差小等優(yōu)點。將鉑電阻隨溫度變化而產(chǎn)生的阻值變化轉(zhuǎn) 換為可被進一步處理的電壓信號的方法通常由兩種：電橋法和恒流源法。電橋法固有的非 線性會在測溫系統(tǒng)中引入系統(tǒng)誤差；恒流源法具有很好的線性度并且結(jié)構(gòu)簡單，但是，由于 恒流源的穩(wěn)定性問題，會引入隨機誤差。本實用新型采用比例測量原理消除恒流源穩(wěn)定性 造成的隨機誤差，采用分段測量的方法在-30-300°C范圍內(nèi)進行高精度測量。 【實用新型內(nèi)容】
[0004] 為了解決上述問題，本實用新型提供了一種寬量程高精度的鉑電阻溫度測量裝 置。
[0005] 本實用新型所采用的技術(shù)方案是：
[0006] 測量裝置由恒流源驅(qū)動電路、串聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)電阻、反饋電阻及切換裝置、儀用放大電路 和A/D采樣電路構(gòu)成。恒流源驅(qū)動電路產(chǎn)生的恒流源流過串聯(lián)的鉑電阻和標(biāo)準(zhǔn)電阻產(chǎn)生二 個電壓，經(jīng)儀用放大電路放大后的電壓差供A/D采樣電路進行采樣。
[0007] (1)恒流源驅(qū)動電路
[0008] 以LM134作為恒流源的核心器件，分別設(shè)置三個不同阻值的反饋電阻（分別為 4. 99K、6. 99K、10K)使其能夠輸出0. 5mA，0. 7mA，1mA三種恒流。恒流源是鉑電阻測溫電路中 的關(guān)鍵模塊，其功能是將鉑電阻溫度傳感器感知的隨溫度變化的電阻信號轉(zhuǎn)換成可測量的 電壓信號。
[0009] (2)串聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)電阻
[0010] 標(biāo)準(zhǔn)電阻是精度為〇. 01 %的250D線繞電阻，其溫度穩(wěn)定性為5ppm/°C。
[0011] (3)反饋電阻及切換裝置
[0012] 切換裝置包括繼電器、繼電器驅(qū)動器、控制器MCU、鍵盤、顯示器，三個不同阻值的 反饋電阻的切換由信號繼電器完成。信號繼電器由控制器MCU通過繼電器驅(qū)動器進行控 制。-30-80°C范圍采用1mA的測試電流、80-190°C范圍采用0. 7mA測試電流、190-300°C范 圍采用0. 5mA的測試電流。
[0013] (4)儀用放大電路
[0014] 采用二個INA114作為鉑電阻和標(biāo)準(zhǔn)電阻的信號放大電路的核心器件。對鉑電阻 的電壓降放大100倍，對標(biāo)準(zhǔn)電阻的電壓降放大40倍。
[0015] (5)A/D采樣電路
[0016] 用TI公司的24位AD轉(zhuǎn)換器ADS1247對INA114的輸出電壓進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。 ADS1247的輸入范圍是0-5V，那么，在理論上，在-30-80 °C范圍內(nèi)的溫度分辨率可達到 0. 001°C。
[0017] 工作過程是：控制器MCU根據(jù)鍵盤的輸入信息，發(fā)起一次溫度測量。MCU首先控制 信號繼電器，使LM134輸出1mA的電流；然后，采集鉑電阻對應(yīng)的INA114的輸出信號電壓， 如果達到5V，則驅(qū)動繼電器切換LM134的反饋電阻，直到鉑電阻對應(yīng)的INA114的輸出電壓 低于5V;進而同時采集鉑電阻和標(biāo)準(zhǔn)電阻對應(yīng)的INA114的輸出的電壓信號。該裝置的測 量精度可達到0. 03 °C，最大的溫度分辨率為0. 003 °C。
[0018] 本實用新型的有益技術(shù)效果是：溫度測量裝置具有量程寬、精度高特點，不但可以 用于工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研宄過程中的高精度溫度測量，也可作為計量標(biāo)準(zhǔn)。
【附圖說明】
[0019] 圖1是寬量程高精度溫度測量裝置。
[0020] 圖2是比例測量原理示意圖。
【具體實施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖對本實用新型裝置的【具體實施方式】做進一步說明。
[0022] 恒流源輸出電流的不穩(wěn)定是造成基于恒流源的鉑電阻溫度測量誤差的主要來源， 采用比例測量的方法來消除恒流源電流強度的波動。其原理如圖2所示：將PtlOO與高精 度標(biāo)準(zhǔn)電阻串聯(lián)。設(shè)某一時刻，恒流源輸出的電流強度為Ia，那么，在PtlOO上形成鉑電阻 電壓降Up=Rp*Ia，在標(biāo)準(zhǔn)電阻上形成標(biāo)準(zhǔn)電阻電壓降Us=Rs*Ia，同時采集鉑電阻和標(biāo)準(zhǔn) 電阻的電壓降，并將電壓降比值進行相除操作，則比值l=US/Up=Rp/Rs，就可以消除電流 源不穩(wěn)定造成的隨機誤差。
[0023] 根據(jù)比例測量和分段測量的原理，設(shè)計了寬量程高精度的鉑電阻溫度測量裝置， 其結(jié)構(gòu)及主要元器件型號如圖1所示。鉑電阻為四線制A級PtlOO。以LM134作為恒流源的 核心器件，分別設(shè)置三個不同阻值的反饋電阻使其能夠輸出0. 5mA，0. 7mA，1mA三種恒流。 電阻的切換由信號繼電器完成，信號繼電器由MCU通過繼電器驅(qū)動器進行控制。-30-80°C 范圍采用1mA的測試電流、80-190°C范圍采用0. 7mA測試電流、190-300°C范圍采用0. 5mA 的測試電流。標(biāo)準(zhǔn)電阻是精度為〇. 01%的線繞電阻，其溫度穩(wěn)定性為5ppm/°C。
[0024] 采用INA114作為鉑電阻和標(biāo)準(zhǔn)電阻的信號放大電路的核心器件。對鉑電阻的電 壓降放大100倍，對標(biāo)準(zhǔn)電阻的電壓降放大40倍。以-30-80°C為例，當(dāng)采用1mA測試電流 時，鉑電阻兩端的電壓降范圍為88. 22-130. 9mV，放大100倍后，電壓范圍為8. 822-13. 09V。 在INA114的REF端，輸入-8. 192V的電壓，則INA114的輸出電壓范圍為0. 63-4. 898V。
[0025] 用TI公司的24位AD轉(zhuǎn)換器ADS1247對INA114的輸出電壓進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。 ADS1247的輸入范圍是0-5V，那么，在理論上，在-30-80 °C范圍內(nèi)的溫度分辨率可達到 0.001°C。但是，由于ADS1247的穩(wěn)定性和誤差問題，實際的分辨率會低于理論分辨率。通 過在分辨率為0.oorc、精度為0.ore的低溫和恒溫油槽實驗，該裝置的測量精度可達到 0. 03°C，最大的溫度分辨率為0. 003°C。
[0026] 本實用新型提供了一種寬量程高精度溫度測量裝置，不但可以用于工業(yè)生產(chǎn)和科 學(xué)研宄過程中的高精度溫度測量，也可作為計量標(biāo)準(zhǔn)。
[0027] 以上所述的僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，本實用新型不限于以上實施例。可 以理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本實用新型的精神和構(gòu)思的前提下直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的 其他改進和變化，均應(yīng)認為包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種寬量程高精度的鉑電阻溫度測量裝置，其特征在于，測量裝置由恒流源驅(qū)動電 路、串聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)電阻、反饋電阻及切換裝置、儀用放大電路和A/D采樣電路構(gòu)成；恒流源驅(qū)動 電路產(chǎn)生的恒流源流過串聯(lián)的鉑電阻和標(biāo)準(zhǔn)電阻產(chǎn)生二個電壓，經(jīng)儀用放大電路放大后的 電壓差供A/D采樣電路進行采樣；恒流源驅(qū)動電路以LM134作為恒流源的核心器件，分別設(shè) 置三個不同阻值的反饋電阻使其能夠輸出〇. 5mA，0. 7mA，ImA三種恒流；串聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)電阻是精 度為0.01%的250Q線繞電阻，其溫度穩(wěn)定性為5ppm/°C;切換裝置包括繼電器、繼電器驅(qū) 動器、控制器MCU、鍵盤、顯示器；三個反饋電阻的切換由信號繼電器完成，信號繼電器由控 制器MCU通過繼電器驅(qū)動器進行控制；采用二個INA114作為鉑電阻電壓降和標(biāo)準(zhǔn)電阻電壓 降的信號放大電路的核心器件，對鉑電阻的電壓降放大100倍，對標(biāo)準(zhǔn)電阻的電壓降放大 40倍；A/D采樣電路用TI公司的24位AD轉(zhuǎn)換器ADS1247對INAl14的輸出電壓進行模數(shù) 轉(zhuǎn)換。
【專利摘要】本實用新型屬于工業(yè)生產(chǎn)過程檢測領(lǐng)域，具體涉及一種寬量程高精度的鉑電阻溫度測量裝置。測量裝置由恒流源驅(qū)動電路、串聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)電阻、反饋電阻及切換裝置、儀用放大電路和A/D采樣電路構(gòu)成；恒流源驅(qū)動電路以LM134作為恒流源的核心器件；串聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)電阻是精度為0.01％的250Ω線繞電阻；三個反饋電阻的切換由信號繼電器完成；采用二個INA114作為鉑電阻和標(biāo)準(zhǔn)電阻電壓降的信號放大電路的核心器件；A/D采樣電路用TI公司的24位AD轉(zhuǎn)換器ADS1247；切換裝置包括繼電器、繼電器驅(qū)動器、控制器MCU、鍵盤、顯示器。本實用新型裝置可用于高精度溫度測量。
【IPC分類】G01K7/25
【公開號】CN204630676
【申請?zhí)枴緾N201520172411
【發(fā)明人】潘豐, 劉婷
【申請人】江南大學(xué)
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年3月25日