[發明專利]一種高精度鉑電阻測溫系統及基于該系統的測溫方法

有效

• 申請號: 200910184731.5
• 申請日: 2009-08-20
• 公開（公告）號: CN101634595A
• 公開（公告）日: 2010-01-27
• 發明（設計）人: 沈峘;李舜酩;毛建國;李芳培;柏芳超
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01K7/18
• 分類號: G01K7/18;G01K7/20
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 許 方

技術領域

本發明涉及一種溫度測量系統，尤其是一種高精度鉑電阻測溫系統。

背景技術

溫度是國際單位制中7個基本物理量之一。標準鉑電阻溫度計具有高精度、高靈敏性和高穩定性等特點，因而被廣泛應用于智能儀器儀表的溫度測量。現有方法大多是先將電阻變化通過電阻橋轉換為電壓信號，再經過一系列濾波和放大處理后，送入A/D轉換器完成溫度采集。這類方法需要解決好兩個問題：(1)由于溫度對鉑電阻阻值和放大器帶來的影響，系統在環境溫度變化時會產生一定的系統誤差。在高精確度測量中，尋找有效的溫度補償方法是需要面臨的難題之一。(2)隨著測量精度的提高，高分辨率A/D轉換器的價格大增，導致測量儀器成本過高是所面臨的另一個問題。

發明內容

本發明設計的目的是針對現有技術的不足，提供一種低成本、高測量精度的鉑電阻測溫系統及基于該測溫系統的測溫方法。

本發明所采用的技術方案是：

一種高精度鉑電阻測溫系統，包括RC振蕩器、頻率測量芯片、參考時鐘電路、單片機、液晶顯示器和上位機；RC振蕩器的輸出端與頻率測量芯片的輸入端連接，參考時鐘電路的輸出端與頻率測量芯片的時鐘端連接，頻率測量芯片和單片機通過SPI總線連接，單片機分別與液晶顯示器、上位機連接；所述RC振蕩器包括第一電容C1和鉑電阻傳感器Rt，其中鉑電阻傳感器Rt的一端與頻率測量芯片的N腳連接，鉑電阻傳感器Rt另一端分別與頻率測量芯片的P腳、第一電容C1的一端相連，第一電容C1的另一端接地。

本發明的高精度鉑電阻測溫系統的單片機與上位機連接方式為無線RS-232串口連接方式。

本發明的高精度鉑電阻測溫系統的參考時鐘電路包括第一電阻R1、第二電阻R2、第二電容C2、第三電容C3、晶體振蕩器X1以及反相器IC1；其中第一電阻R1的一端與第二電容C2的一端連接，第二電容C2的另一端與晶體振蕩器X1的一端連接后接地，晶體振蕩器X1的另一端與第三電容C3的一端連接后接地，第三電容C3的另一端分別與第二電阻R2的一端、反相器IC1的輸入端連接，反相器IC1的輸出端分別與第一電阻R1的另一端、第二電阻R2的另一端、頻率測量芯片的CLK腳連接。

本發明的高精度鉑電阻測溫系統單片機采用C8051F021單片機。

本發明還提供一種基于本發明的高精度鉑電阻測溫系統的測溫方法，包括以下步驟，

步驟A，根據頻率測量芯片電路得到的頻率計數值標定高階多項式系統，具體為：

①在鉑電阻傳感器Rt的測溫范圍內均勻改變恒溫槽的溫度值，同時分別記錄頻率計數值與標準溫標測得的溫度值，得到兩組相對應的頻率計數值和標準溫度值；

②采用高階多項式對①步中得到的兩組相對應的頻率計數值和標準溫度值進行回歸，得到頻率計數值與標準溫度值的映射關系，求得一組高階多項式系數；

步驟B，上位機向單片機發送啟動采集命令；

步驟C，單片機收到啟動采集命令后，打開RC振蕩器并開始對震蕩頻率計數；

步驟D，計數周期結束后，單片機在本地保留計數值，同時也將該計數值發送回上位機；

步驟E，上位機對該計數值進行IIR濾波后，再通過步驟A標定的高階多項式系數解算出實際溫度值。

基于本發明的測溫方法中采用的高階多項式是11階多項式。

其測量結果分兩種方式進行顯示，一種以LCD方式在本地顯示，另一種通過串口與上位機連接，在上位機中顯示并保存。

有益效果：

本發明的有益效果是：

(1)、鉑電阻采用二線制接法，與固定電容構成RC振蕩器，將鉑電阻變化量轉換為頻率信號，解決了傳統方法中不平衡電阻橋所帶來的非線性問題；

(2)、鉑電阻工作在無源狀態，且整個電路有數字芯片組成，免去了溫變等不確定性因素引發的補償問題；

(3)、通過測量頻率變化量，直接通過高階多項式解算鉑電阻的阻值變化，從而計算出被測溫度值，省去A/D環節，在高精度測溫時大幅降低了設備成本；

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖。

圖2是本發明的測溫方法的流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的實施做出進一步說明。圖1是本發明的結構示意圖。