[發明專利]一種高精度大量程溫度測量系統

在審

• 申請號: 201410783780.1
• 申請日: 2014-12-16
• 公開（公告）號: CN104501986A
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發明（設計）人: 夏金橋;向政;張俊杰;蘇立娟;王公伯;朱士群;曾勇超;楊美娟
• 申請（專利權）人: 北京航天時代光電科技有限公司
• 主分類號: G01K7/18
• 分類號: G01K7/18;G01K7/22;G01K7/02
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 臧春喜

技術領域

本發明涉及一種高精度、大量程溫度測量系統，屬于工業測量及控制領域。

背景技術

鉑電阻、熱敏電阻、AD590等溫度傳感器被廣泛應用于各種測溫場合，這些溫度傳感器的輸出信號多為電阻或電流信號，后端需經過調理或采樣電路轉換為電壓信號。通常情況下，這些電壓信號需要經過模/數轉換器轉換為數字信號后進行相應處理，因此采溫電路的測量范圍、測量精度與模/數轉換電路的精度密切相關。

例如：對-55℃—125℃的測溫范圍，如果要達到0.01℃的測量精度，則需要有效位數為15位以上的模/數轉換器，如果需要達到-55℃—400℃的測溫范圍，同時測量精度達到0.005℃，則需要有效位數17位以上的模/數轉換器。

工業和商業應用環境下，有可以滿足17位以上的模/數轉換器，但高精度模/數轉換器價格昂貴，同時對電路原理、電路印制板的布局布線要求極高，若外圍電路處理不慎，則可能導致測量精度難以達到要求。

在嚴苛應用環境下，缺乏高精度的模/數轉換器，尤其是在嚴苛應用環境中同時有高可靠需求情況下，高位數高精度模/數轉換器更是缺乏。目前國產高可靠應用領域可獲得的最高精度模數轉換器為14位模/數轉換器B9243，其線性誤差為2.5LSB，難以滿足寬溫度范圍、高精度的溫度測量需求。

高精度測溫方法中，有在傳感器使用方法上開展工作的，如專利《一種熱電阻溫度測量電路》(專利號為03263202.9)，采用了三線制多通道的溫度采集技術方案。文獻《高精度鉑電阻測溫系統》(《光學精密工程》，2014年第4期)采用了一種改進型四線制的高精度測溫方法。《一種高精度低自熱多通道測溫系統設計與實現》(《傳感器與微系統》，2014年第1期)中以阻值比較法測溫電路為基礎，引入序列激勵電壓控制抑制測溫電路的自熱效應，提高了測溫精度。但是目前沒有公開文獻報道提及在模/數轉換器位數有限條件下提高測試精度的方法。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種高精度大量程溫度測量系統，利用低位數模/數轉換器代替高位數模/數轉換器，實現了在增大溫度測量范圍同時提高測溫分辨率和測溫精度，解決了現有宇航領域沒有高位數模/數轉換器的不足。

本發明的技術解決方案是：一種高精度大量程溫度測量系統，包括N個溫度傳感器、N個信號調理模塊、通道切換選擇模塊、一級差分放大模塊、二級差分放大模塊、模/數轉換模塊、信號采集與處理單元、可調電壓參考基準模塊和固定電壓參考基準模塊；所述溫度傳感器與信號調理模塊一一對應，每個溫度傳感器與對應的信號調理模塊構成一個通道；

每個溫度傳感器采集其所在位置的溫度信號，并輸出給對應的信號調理模塊；

每個信號調理模塊對接收的溫度信號進行高頻去噪處理，并將處理后的溫度信號轉換為電壓信號后輸出給通道切換選擇模塊；

通道切換選擇模塊接收信號采集與處理單元輸出的通道切換控制信號以及每個信號調理模塊輸出的電壓信號，根據通道切換控制信號選擇對應通道信號調理模塊輸出的電壓信號，并輸出給一級差分放大模塊；

一級差分放大模塊接收通道切換選擇模塊輸出的電壓信號以及固定電壓參考基準模塊輸出的固定參考基準電壓，將接收的電壓信號與固定參考基準電壓差分后放大，并將差分放大后得到的電壓信號輸出給二級差分放大模塊；

二級差分放大模塊接收一級差分放大模塊發送的電壓信號以及可調電壓參考基準模塊輸出的基準電壓，將該電壓信號與基準電壓進行差分后放大，并將差分放大后得到的電壓信號輸出給模/數轉換模塊；

模/數轉換模塊對接收的電壓信號進行模/數轉換，得到電壓數字信號，輸出給信號采集與處理單元；

信號采集與處理單元向通道切換選擇模塊發送通道切換控制信號，在每一個通道切換控制信號下，根據反饋迭代算法控制可調電壓參考基準模塊輸出的基準電壓，得到模/數轉換模塊發送的有效電壓，并將該有效電壓轉換成對應通道溫度傳感器所在位置的高精度溫度信息，并向外輸出；

可調電壓參考基準模塊接收信號采集與處理單元輸出的基準電壓初始值和電壓控制信號，根據基準電壓初始值和電壓控制信號實時調整基準電壓，并將調整后的基準電壓進行數模轉換后輸出給二級差分放大模塊；

固定電壓參考基準模塊向一級差分放大模塊輸出固定參考基準電壓。

所述信號采集與處理單元反饋迭代算法的實現過程為：

(2.1)信號采集與處理單元向可調電壓參考基準模塊輸出基準電壓初始值0，使可調電壓參考基準模塊向二級差分放大模塊輸出的基準電壓初始值為0；