專利名稱：消減三線制熱電阻測(cè)量誤差的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種溫度的測(cè)量方法，特別一種消減雙恒流源三線制熱電阻測(cè)量電路測(cè)量誤差的方法。
背景技術(shù)：
溫度量是工業(yè)場(chǎng)合用到最多的物理量之一，熱電阻是一種常用的溫度傳感器，其特點(diǎn)是準(zhǔn)確度高、有線性度好、性能穩(wěn)定。按接線方式劃分，熱電阻有以下三種二線制熱電阻、三線制熱電阻、四線制熱電阻。由于二線制熱電阻測(cè)量準(zhǔn)確度受線電阻影響太大，因此實(shí)際應(yīng)用中往往采用三線制或四線制熱電阻。三線制熱電阻成本較低，接線較方便，是目前最常見的一種方式。
三線制熱電阻采集方式有電橋法和雙恒流源法。隨著芯片技術(shù)的發(fā)展，雙恒流源法得到廣泛的應(yīng)用。一些芯片廠商推出了基于該方法的高集成度熱電阻采集芯片。雙恒流源法測(cè)量三線制熱電阻測(cè)溫原理如下所述此方法基于歐姆定律(R = U/I)，首先測(cè)量得到U，然后計(jì)算出R，最后通過查表得出對(duì)應(yīng)的溫度值。如圖I所示，測(cè)量電路包括6部分，多路選擇開關(guān)(MUX)、可編程運(yùn)算放大器(PGA)、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)、雙恒流源(IDAC1，IDAC2)、參考電壓采樣電阻(Rref)、三線制熱電阻(RTD)。雖然三線制熱電阻導(dǎo)線長度相同，單根導(dǎo)線阻抗相差微乎其微，但為了使得論證周全，假設(shè)三線制熱電阻兩端兩根連線電阻為Rwl和Rw2。Rref為參考電壓采樣電阻，為模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器提供參考源。圖I中兩個(gè)恒流源分別連接于熱電阻兩端的兩根連接線上，恒流源產(chǎn)生激勵(lì)電流。當(dāng)兩個(gè)恒流源提供
的激勵(lì)電流相等時(shí)，經(jīng)推導(dǎo)計(jì)算，實(shí)測(cè)熱電阻值與實(shí)際熱電阻值之間關(guān)系如公式(I)所示。
RRFFRRFFRrtd =RRTD +(Rwl - Rw2)公式 Q)
RrejRrej式中Rrtd為實(shí)測(cè)熱電阻值；RRTD為實(shí)際熱電阻值；Rref為實(shí)際參考電阻值；RREF為理論參考電阻值；Rwl為熱電阻a端一根導(dǎo)線的電阻；Rw2為熱電阻b端一根導(dǎo)線的電阻；可見，采用雙恒流源法對(duì)三線制熱電阻采樣時(shí)，要想實(shí)現(xiàn)高精度，兩個(gè)恒流源匹配度必須達(dá)到高度一致。然而，以現(xiàn)有的技術(shù)，熱電阻芯片廠商均無法保證非常高的匹配精度。雙恒流源匹配精度直接影響溫度采集精度。申請(qǐng)?zhí)枮?00810036435. 6的發(fā)明專利，介紹了一種熱電阻測(cè)量電路。此發(fā)明完全沒有考慮到雙恒流源匹配精度，且沒有對(duì)此因素造成的測(cè)量誤差做任何措施，因此不可能達(dá)到很高的測(cè)量精度。文中生成可以用三線制熱電阻實(shí)現(xiàn)四線制熱電阻的采樣精度值得商榷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)已有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種消減三線制熱電阻測(cè)量誤差的方法。三線制熱電阻測(cè)量電路包括多路選擇開關(guān)(MUX)、可編程運(yùn)算放大器(PGA)、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)、雙恒流源(IDAC1，IDAC2)、參考電壓采樣電阻(Rref)、三線制熱電阻(RTD)，其特征在于測(cè)量時(shí)，通過多路選擇開關(guān)(MUX)對(duì)調(diào)兩個(gè)恒流源(IDAC1，IDAC2)與熱電阻的連接關(guān)系，前后兩次測(cè)量熱電阻，并以這兩次熱電阻測(cè)量值的平均值為依據(jù)計(jì)算溫度值。在三線制熱電阻雙恒流源測(cè)量電路中，通過在對(duì)調(diào)兩個(gè)恒流源與熱電阻連接關(guān)系前后，對(duì)熱電阻分別進(jìn)行一次測(cè)量值，并把兩個(gè)測(cè)量值求平均值的方法，大幅消減雙恒流源匹配誤差對(duì)熱電阻采樣值的影響，實(shí)現(xiàn)高精度溫度采集。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用技術(shù)方案是首先，設(shè)置多路選擇開關(guān)，參見圖2，如圖2 電路配置如所示，進(jìn)行一次采樣，得到熱電阻實(shí)測(cè)值Rrtdl如公式(3)所示。
n21 RREF21 x Rw\ RREF 2/* xRwl RREFRrtd\ = -f-x——xRRTD+ 1 x—2公式(3)
I1 +I2 RrejI1 +I2 Rrej I1 +I2 Rrej式中I1為恒流源IDACl產(chǎn)生的激勵(lì)電流；i2為恒流源IDACl產(chǎn)生的激勵(lì)電流；然后，變換多路選擇開關(guān)，參見圖3，如圖3電路配置如所示，進(jìn)行再次采樣，得到熱電阻實(shí)測(cè)值Rrtd2如公式(4)所示。
n _ 2L RREF2/* xRw\ RREF 21 xRwl RREFRrtd2 = -f-x——xRRTD+ 2 x—1公式(4)
I1 +I2 RrejI1 +/2 Rrej I1 +/2 Rrej最后，通過求Rrtdl和Rrtd2的平均值，得出熱電阻釆樣值如公式(5)所示。
1RRFFRRFFRrtd = — X (Rrtdl + Rrtdl) =-x RRTD +-x (Rwl -尺詠2)公式(5)
2RrefRref通過對(duì)照公式⑴和公式(5)可知，通過此方法，可將雙恒流源匹配誤差帶給熱電阻的測(cè)量誤差完全消除。得出熱電阻值后，通過查表法即可得出對(duì)應(yīng)的溫度值。在三線制熱電阻雙恒流源測(cè)量電路中采用此方法可大幅提高熱電阻測(cè)量精度。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是大幅消減雙恒流源匹配誤差對(duì)熱電阻采樣值的影響，實(shí)現(xiàn)高精度溫度米集。


圖I雙恒流源法測(cè)三線制熱電阻原理示意圖；圖2初次采樣雙恒流源與熱電阻連接示意圖；圖3 二次采樣雙恒流源與熱電阻連接示意圖。圖中MUX多路選擇開關(guān)、PGA可編程運(yùn)算放大器、ADC模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、IDACl雙恒流源、IDAC2雙恒流源、Rref參考電壓采樣電阻、RTD三線制熱電阻、Rwl導(dǎo)線電阻、Rw2導(dǎo)線電阻、a熱電阻RTD的一端、b熱電阻RTD的一端、I1為恒流源IDACl產(chǎn)生的激勵(lì)電流、i2為恒流源IDAC2產(chǎn)生的激勵(lì)電流。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明
具體實(shí)施例方式三線制熱電阻測(cè)量電路由多路選擇開關(guān)MUX、可編程運(yùn)算放大器PGA、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC、雙恒流源IDACl，雙恒流源IDAC2、參考電壓采樣電阻Rref、三線制熱電阻RTD組成。三線制熱電阻測(cè)量電路通過多路選擇開關(guān)MUX對(duì)調(diào)恒流源IDAC1、恒流源IDAC2與熱電阻RTD的連接關(guān)系，經(jīng)兩次測(cè)量熱電阻RTD得到的電阻值并經(jīng)計(jì)算求出平均值。兩次測(cè)量?jī)山M熱電阻的電阻值過程中，第一次測(cè)量時(shí)，經(jīng)多路選擇開關(guān)MUX將恒流源IDACl連接到熱電阻RTD的a端，恒流源IDAC2連接到熱電阻RTD的b端，得到熱電阻實(shí)測(cè)值Rrtdl ;第二次測(cè)量時(shí)，經(jīng)多路選擇開關(guān)MUX將恒流源IDACl連接到熱電阻RTD的b端，恒流源IDAC2連接到熱電阻RTD的a端，得到熱電阻實(shí)測(cè)值Rrtd2。參見圖2、圖3。 然后，通過上述計(jì)算公式求出Rrtdl和Rrtd2的平均值，并以該值作為最終熱電阻采樣值，然后通過查表法即可得出對(duì)應(yīng)的溫度值。
權(quán)利要求
1.一種消減三線制熱電阻測(cè)量誤差的方法，三線制熱電阻測(cè)量電路包括多路選擇開關(guān)(MUX)、可編程運(yùn)算放大器(PGA)、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)、雙恒流源(IDAC1，IDAC2)、參考電壓采樣電阻(Rref)、三線制熱電阻(RTD)，其特征在于測(cè)量時(shí)，通過多路選擇開關(guān)(MUX)對(duì)調(diào)兩個(gè)恒流源(IDAC1，IDAC2)與熱電阻的連接關(guān)系，前后兩次測(cè)量熱電阻，并以這兩個(gè)熱電阻測(cè)量值的平均值為依據(jù)計(jì)算公式計(jì)算溫度值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的消減三線制熱電阻測(cè)量誤差的方法，其特征在于所述計(jì)算公式為
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的消減三線制熱電阻測(cè)量誤差的方法，其特征在于所述前后兩次測(cè)量?jī)山M熱電阻的電阻值過程中，第一次測(cè)量時(shí)，雙恒流源與熱電阻的連接關(guān)系為恒流源(IDACl)連接到熱電阻(RTD)的a端，恒流源(IDAC2)連接到熱電阻(RTD)的b端；第二次測(cè)量時(shí)，雙恒流源與熱電阻連接關(guān)系為恒流源(IDACl)連接到熱電阻(RTD)的b端，恒流源(IDAC2)連接到熱電阻(RTD)的a端。
全文摘要
一種消減三線制熱電阻測(cè)量誤差的方法，三線制熱電阻測(cè)量電路包括多路選擇開關(guān)(MUX)、可編程運(yùn)算放大器(PGA)、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)、雙恒流源(IDAC1，IDAC2)、參考電壓采樣電阻(Rref)、三線制熱電阻(RTD)，其特征在于測(cè)量時(shí)通過多路選擇開關(guān)(MUX)對(duì)調(diào)兩個(gè)恒流源(IDAC1，IDAC2)與熱電阻的連接關(guān)系，前后兩次測(cè)量熱電阻，并以這兩個(gè)熱電阻測(cè)量值的平均值為依據(jù)計(jì)算溫度值。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是通過上述處理方法，大幅消減雙恒流源匹配誤差對(duì)熱電阻采樣值的影響，實(shí)現(xiàn)高精度溫度采集。
文檔編號(hào)G01K7/16GK102829888SQ20111016131
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2011年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月15日
發(fā)明者侯金華, 琚長江, 仰恒光, 應(yīng)成, 張偉, 陸曄, 李肖艷 申請(qǐng)人:上海電器科學(xué)研究院, 上海電器科學(xué)研究所(集團(tuán))有限公司