[發明專利]一種多量程鉑電阻測溫電路與方法

在審

• 申請號: 202010186462.2
• 申請日: 2020-03-17
• 公開（公告）號: CN111220293A
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 黃艷巖;林偉敏
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: G01K7/20
• 分類號: G01K7/20
• 代理公司: 杭州鈐韜知識產權代理事務所(普通合伙) 33329
• 代理人: 唐靈;趙杰香

本發明公開了一種多量程鉑電阻測溫電路及測溫方法，該電路包括恒流源、單刀雙擲開關、參考電路、待測電路、測溫芯片和微控制器，參考電路包括恒定電阻和可變電阻，待測電阻包括鉑電阻和與參考電路相同的可變電阻，通過改變可變電阻的大小，使可變電阻的最大阻值大于鉑電阻在最大測溫點時的阻值，可變電阻的最小阻值大于所述恒定電阻的阻值；通過測溫芯片的內部計算，分別讀取恒定電阻兩端的輸入電壓以及鉑電阻兩端的輸入電壓，利用恒電流對兩者提供的相同的電流，計算出鉑電阻的阻值大小，進而得到鉑電阻此時所對應得溫度值。在處理小量程問題時，利用該測溫方法，可以有效地避免鉑電阻與可變電阻相差太大得問題，進而提高測溫精度。

技術領域

本發明涉及溫度測量領域，具體涉及到一種多量程鉑電阻測溫電路與測溫方法。

背景技術

溫度是國際單位制的基本物理量之一,溫度檢測在工業自動化和科學研究領域應用非常廣泛,熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻阻值隨溫度的增加而增加的這一特性來進行溫度測量的，熱電阻大多數都是由純金屬材料制成，目前應用廣泛的測溫元件是鉑；由于鉑的特性穩定,不會因為高低溫而引起物理或化學的變化,且測量范圍大,可達到-250℃至850℃,測溫精度高、示值復現性高等特點。鉑電阻和環境溫度之間的特性曲線是非線性關系，當測量溫度在-250℃t0℃時,R_t＝R₀[1+At+Bt²+Ct³(t-100)]；當測量溫度在0℃≤t≤850℃時,R_t＝R₀[1+At+Bt²]；式中A＝3.9083×10^-3；B＝-5.775×10^-7；C＝4.183×10^-12；根據此關系式可以由鉑電阻的電阻阻值得到該阻值對應的溫度值。因此利用鉑電阻進行測溫的電路在各種復雜工業環境中廣泛的應用,根據鉑電阻的測溫范圍比較大的特點，常會設計多量程的測溫電路來測量溫度變化比較大的環境。

目前的多量程鉑電阻的在測量電路中選用固定電阻串聯在鉑電阻上，通過測溫芯片計算兩者的電壓比值來計算具體的鉑電阻阻值，并且根據測溫芯片對鉑電阻的阻值算法，必須滿足該固定電阻的阻值大于鉑電阻的阻值。然而正如上文中指出的，鉑電阻的阻值隨溫度變化呈現非線性的變化規則，比如以市售的PT100鉑電阻為例，在溫度接近100℃時，鉑電阻的阻值約為138 Ω，在溫度接近500℃時，鉑電阻的阻值約為280Ω。為了滿足不同量程的測量要求，串聯的固定電阻的阻值通常選用大于最大量程中鉑電阻的最大值，然而這樣的選擇，在處理小量程時，會使得該固定電阻的阻值與鉑電阻的阻值差異過大，這種差異會放大測溫芯片內部的誤差，導致測量結果出現較大偏差，使得測溫電路的精度下降。

發明內容

針對多量程鉑電阻測溫中小量程精度下降問題，本發明提出了一種多量程鉑電阻溫度測量電路及測量方法。

本發明的多量程鉑電阻溫度測量電路，包括恒流源、單刀雙擲開關、參考電路、待測電路和測溫芯片，所述單刀雙擲開關不動端與所述恒流源相連，所述單刀雙擲開關的兩動端分別對應連接在所述參考電路和所述待測電路上，使得該單刀雙擲開關分別控制不同的電路進行工作，其中：

所述參考電路包括恒定電阻和可變電阻，所述待測電路包括待測的鉑電阻和與所述參考電路共用的可變電阻，所述恒定電阻和鉑電阻具有公共端且串接在所述可變電阻上，所述恒定電阻和鉑電阻的另一端分別連接在所述單刀雙擲開關的兩動端上，所述可變電阻的最大阻值大于所述鉑電阻在最大測溫點時的阻值，所述可變電阻的最小阻值大于所述恒定電阻的阻值，

所述恒定電阻的兩端分別連接在所述測溫芯片的第一輸入端兩端口，所述鉑電阻的兩端分別連接在所述測溫芯片的第二輸入端兩端口，所述可變電阻的兩端還分別連接在所述測溫芯片的參考端兩端口。

優選的，所述可變電阻為精密電阻網絡，包括若干個串聯的精密電阻，且每個所述精密電阻通過一單刀單擲開關控制是否接入電路，從而實現該精密電阻網絡的阻值可變。