[發(fā)明專利]一種基于交叉輪詢機(jī)制的多通道快速高精度測(cè)溫系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710857468.6
• 申請(qǐng)日: 2017-09-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107702822B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁炯;楊遂軍;葉樹(shù)亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)計(jì)量大學(xué)
• 主分類號(hào): G01K15/00
• 分類號(hào): G01K15/00;G01K7/20;G01K7/18;G01K3/02
• 代理公司: 杭州奧創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33272
• 代理人: 王佳健

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于交叉輪詢機(jī)制的多通道快速高精度測(cè)溫系統(tǒng)。本發(fā)明通過(guò)配置模擬開(kāi)關(guān)陣列電路，實(shí)現(xiàn)任意一個(gè)鉑電阻電壓信號(hào)及參考電阻電壓信號(hào)分時(shí)地被(n+1)個(gè)ADC采集，并確保任意一個(gè)ADC實(shí)現(xiàn)對(duì)所有(n+1)個(gè)電壓信號(hào)的采集。通過(guò)計(jì)算任意一個(gè)ADC采集的n個(gè)鉑電阻電壓與參考電阻電壓之間的比值，獲得n個(gè)鉑電阻阻值，再對(duì)(n+1)個(gè)不同ADC獲得的同一通道的鉑電阻與參考電阻比值求平均，并轉(zhuǎn)換成溫度，實(shí)現(xiàn)多通道快速高精度溫度測(cè)量。該發(fā)明的有益效果是克服了現(xiàn)有測(cè)溫電橋測(cè)溫精度或速率隨通道數(shù)增加而下降的缺點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及溫度計(jì)量測(cè)試領(lǐng)域，更具體地涉及一種基于交叉輪詢機(jī)制的多通道快速高精度電阻比率測(cè)溫系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在許多計(jì)量領(lǐng)域和工業(yè)應(yīng)用中，通常需要多通道快速高精度的溫度測(cè)量。例如，在質(zhì)量溯源領(lǐng)域，質(zhì)量比較儀的環(huán)境溫度需實(shí)時(shí)高精度測(cè)量以實(shí)現(xiàn)質(zhì)量動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，從而滿足低不確定度量值傳遞要求；在鉑電阻傳感器生產(chǎn)制造中，需要響應(yīng)快速的多通道電阻測(cè)溫系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)傳感器在線校準(zhǔn)與分揀。

目前，在溫度計(jì)量測(cè)試領(lǐng)域有兩種工作原理的測(cè)溫儀。一種是基于變壓器的，通過(guò)調(diào)節(jié)原邊次邊線圈匝數(shù)比實(shí)現(xiàn)電阻比率測(cè)量，通常所述的交流電阻電橋或直流電橋比較技術(shù)屬于這一類型，該類電橋被認(rèn)為是精度最高的測(cè)溫儀，但其高成本、大尺寸和低速率阻礙了它們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)多通道溫度監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域中的應(yīng)用。另一種是基于模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的，例如數(shù)字測(cè)溫儀，數(shù)字萬(wàn)用表等。該類測(cè)溫儀具有低成本和高集成度等優(yōu)點(diǎn)，也可以通過(guò)繼電器擴(kuò)展成多通道結(jié)構(gòu)。但其核心結(jié)構(gòu)通常是單個(gè)或者若干個(gè)并列的ADC。當(dāng)其工作在多通道掃描模式時(shí)，其測(cè)量精度或者測(cè)量速率相對(duì)于單通道模式明顯下降，難以滿足多點(diǎn)溫度的快速高精度測(cè)量。根據(jù)上述情況，發(fā)明一種低成本多通道快速溫度測(cè)量系統(tǒng)，克服現(xiàn)有測(cè)溫儀在多通道掃描模式下精度或速率下降缺點(diǎn)，在多通道快速高精度溫度計(jì)量測(cè)試領(lǐng)域中具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)背景技術(shù)中提到的現(xiàn)有測(cè)溫儀在多通道掃描模式下存在精度或效率下降的問(wèn)題，本發(fā)明采用多片ADC芯片，設(shè)計(jì)了一種基于交叉輪詢機(jī)制的多通道快速高精度測(cè)溫系統(tǒng)。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

基于交叉輪詢機(jī)制的多通道快速高精度溫度測(cè)量系統(tǒng)，由n個(gè)四線制鉑電阻、一個(gè)參考電阻、一個(gè)恒流源驅(qū)動(dòng)電路、模擬開(kāi)關(guān)陣列電路、(n+1)個(gè)儀用放大電路、(n+1)個(gè)ADC、一片單片機(jī)構(gòu)成。所述模擬開(kāi)關(guān)陣列電路，可以實(shí)現(xiàn)鉑電阻電壓、參考電阻電壓與放大電路之間的任意連接。

所述基于交叉輪詢機(jī)制的多通道快速高精度溫度測(cè)量系統(tǒng)工作原理為：一個(gè)恒定的直流電流通過(guò)n個(gè)鉑電阻和一個(gè)參考電阻，產(chǎn)生(n+1)個(gè)不同的電壓信號(hào)。通過(guò)配置模擬開(kāi)關(guān)陣列電路，實(shí)現(xiàn)任意一個(gè)電壓信號(hào)分時(shí)地被(n+1)個(gè)ADC采集，并確保任意一個(gè)ADC實(shí)現(xiàn)對(duì)所有(n+1)個(gè)電壓信號(hào)的采集。通過(guò)計(jì)算任意一個(gè)ADC采集的n個(gè)鉑電阻電壓與參考電阻電壓之間的比值，獲得n個(gè)鉑電阻阻值。再對(duì)(n+1)個(gè)不同ADC獲得的同一通道的鉑電阻與參考電阻比值求平均，并轉(zhuǎn)換成溫度，實(shí)現(xiàn)多通道快速高精度溫度測(cè)量。

進(jìn)一步說(shuō)，在所述基于交叉輪詢機(jī)制的多通道快速高精度溫度測(cè)量系統(tǒng)中，對(duì)于每一次輪詢，通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)陣列配置電流流向從鉑電阻至參考電阻，采集電壓一次；再配置電流流向從參考電阻至鉑電阻，采集電壓一次，將兩次采集電壓求和，消除鉑電阻接口電路寄生熱電動(dòng)勢(shì)、放大電路失調(diào)漂移等誤差對(duì)鉑電阻測(cè)量的影響。

進(jìn)一步說(shuō)，所述基于交叉輪詢機(jī)制的多通道快速高精度溫度測(cè)量系統(tǒng)中，任意一個(gè)鉑電阻與參考電阻之間的比值均由同一個(gè)ADC計(jì)算，然后再由多個(gè)ADC計(jì)算的比值求平均，并換算成溫度，這一過(guò)程消除了各個(gè)放大電路之間增益的誤差。

與現(xiàn)有的高精度測(cè)溫電橋相關(guān)，本發(fā)明的有益效果是：