一种基于铂电阻的宽量程高精度温度测量仪制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于铂电阻的宽量程高精度温度测量仪，测温宽度在‑200℃～800℃，所述基于铂电阻的宽量程高精度温度测量仪构成如下：电源电路（1）、恒流源驱动电路（2）、温度传感器（3）、信号处理电路（4）、A/D转换电路（5）、单片机（6）、显示器（7）、储存器（8）、按键模块（9）、复位电路（10）、晶振电路（11）、温度校准模块（12）和数据信号处理模块（13）。本实用新型专利技术满足测量要求，校准后的高精度温度测量仪在测温区间0℃～100℃，测温精度达到千分之五。测温精度高、测温范围广、价格低，具有较为巨大的经济价值和社会价值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于铂电阻的宽量程高精度温度测量仪
本技术涉及温度测量仪的结构设计和应用
，特别提供了一种基于铂电阻的宽量程高精度温度测量仪。
技术介绍
温度测量为人们了解温度、应用温度提供了依据，在实际生产生活中有着广泛的应用，其应用范围从日常生活到科学研究。高精度温度测量技术是提高对周围环境温度的控制的关键，这就使得高精度温度测量技术成为工业发展中不可忽略的因素。因而设计出一种精度高、测温范围广的高精度温度测量仪是非常必要的，这将大大的促进我们社会的发展，给人们的生产生活带来极大的便利。人们迫切希望获得一种技术效果优良的高精度温度测量仪。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种基于铂电阻的宽量程高精度温度测量仪。所述基于铂电阻的宽量程高精度温度测量仪构成如下：电源电路1、恒流源驱动电路2、温度传感器3、信号处理电路4、A/D转换电路5、单片机6、显示器7、储存器8、按键模块9、复位电路10、晶振电路11、温度校准模块12、数据信号处理模块13；其中，电源电路1与恒流源驱动电路2、A/D转换电路5和单片机6构成电连接，恒流源驱动电路2和信号处理电路4构成电连接，所述信号处理电路4包括连接温度传感器3的四根引线的等效电阻，分别为第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，其中，第一电阻、恒流源驱动电路2、第二电阻和温度传感器3通过导线依次串联构成回路，第三电阻的一端通过导线连接于第一电阻和温度传感器3之间，第三电阻的另一端连接A/D转换电路5的A/D采样补偿线，第四电阻的一端通过导线连接于第二电阻和温度传感器3之间，第四电阻的另一端连接对地补偿线，信号处理电路4通过A/D转换电路5与单片机6相连，显示器7、储存器8、按键模块9、复位电路10和晶振电路11分别与单片机6相连接，按键模块9通过温度校准模块12与数据信号处理模块13相连，数据信号处理模块13与单片机6相连。所述温度传感器3采用PT100铂电阻传感器，所述恒流源驱动电路2连接温度稳定系数高的高精密电阻，此高精密电阻的温度变化系数是1ppm,即温度变化1℃，其阻值变化为106Ω，所述恒流源驱动电路2输出的电流不能大于4mA。所述测量方法根据铂电阻所置环境温度变化与电阻阻值接近线性的关系，将测温范围分成若干段，其中每一段是线性的，PT100的分辨率可达1mK，将每一段温度选取两点进行校正，因此理论计算精度可达0.001℃。所述A/D转换电路5采用24位的LTC2492模数转换器，其精度可达VREF/224，VREF约等于1.1V，利用公式Rt＝R0(1+At+Bt2+C(t-100)t3)和公式Rt＝(1+At+Bt2)采用数值逼近算法求解。当铂电阻被放置的环境温度在-200℃～800℃之间变化时，其所置环境温度变化与电阻阻值接近线性的关系。国标规定PT铂电阻在0℃时，其电阻值R0＝100Ω，其特性曲线如图1所示。铂电阻主要有电阻和允许两种误差。其中A允许误差等于±(0.15+0.002t),B允许误差等于±(0.30+0.005t),式中t表示温度值。当-200℃≤t≤0℃时，铂电阻的阻值与温度变化的函数表达式为：Rt＝R0(1+At+Bt2+C(t-100)t3)(1)当0℃≤t≤850℃时，铂电阻的阻值与温度变化的函数表达式为：Rt＝(1+At+Bt2)(2)式中，Rt表示t℃时铂电阻的电阻值，R0表示0℃时铂电阻的电阻值，本文设计过程中选用的电阻是Pt，标准Pt的R0等于欧姆。A、B、C的值分别为：A＝3.9082×10-3,B＝-5.80195×10-7,C＝-4.2735×10-12。根据上述原理利用数值逼近算法，取一个数组存有如下数据，程序中设数组为T(K)，该数组中共有24个数据，数据如下：8388.608,4194.304,2097.152,1048.576,0524.288,0262.144,0131.072,0065.536,0032.768,0016.384,0008.192,0004.096,0002.048,0001.024,0000.512,0000.256,0000.128,0000.064,0000.032,0000.016,0000.008,0000.004,0000.002,0000.001。程序采用循环累加方式，当K＝1时，将8388.608带入到式(2)中，计算出电阻值，将该值RT与实际测量的铂电阻阻值RPT100进行比较，如果比实际测量电阻值大，即RT＞RPT100，则，此数据不进行累加，如果比实际测量电阻值小，即，RT＜RPT100，则，此数据进行累加。一次循环24次，最终将符合上述条件的T(K)值相加，得到铂电阻温度的计算值。所述信号处理电路4采用的是改进后的四线制接线法，为保证测量的精度和稳定度。图5中X1、X2、X3、X4分别是铂电阻传感器的四根引线的等效电阻。以R4电阻的电压值做为基准电压在本设计中R4取值是510Ω，基准参考电压、恒流源的设计严重影响着电路的的测量精度和稳定度。基准参考电压VREF是否稳定且低温漂是保证本文中高精度测温仪具有高精度的重要前提。以三极管8550构成的镜像电流源来减小外界干扰，避免误差。在此基础上串联高精密电阻R0，此高精密电阻的温度变化系数是1ppm,即温度变化1℃，其阻值变化为10-6Ω，本设计中R0取值是Ω。根据电子线路理论，铂电阻PT传感器的电流I为：基准参考电压VREF为：VRef＝I×R4(4)PT传感器的电压和精密电阻R0的电压分别为：VPT100＝I×RPT100(5)VR0＝I×R0(6)最终采取获得PT传感器的电压和精密电阻R0的电压二者电压的比值，即从而，消除了恒流源由于温度漂移等因素影响的电流变化，使得输出电压比值与铂电阻成良好的线性关系。将得到的电压信号通过24位A/D转换器LTC2492进行采样，然后将信号给ATmega32单片机，单片机进行数据处理并保存和显示数据。该电路的设计温度测量的稳定性可以达到1‰。本技术以ATmega32单片机作为控制电路的核心器件，选用了24位LTC2492作为A/D转换器，温度传感器选用了PT100，测温宽度在-200℃～800℃，由于PT100传感器允许通过不高于4mA的电流，最小置入深度不能小于200mm,其精度高达1mK，利用PT100温度随电阻阻值的变化而呈线性变化，采样电路采用了改进的四线制接法，同时采集铂电阻电压和参考电压，并用恒流源为电路提供一个稳定的、持续的电流，消除由于接入引线电阻的误差以及铂电阻激励电流引起的温漂对温度测量的影响。数据处理采用函数逼近算法和温度校正算法，从而实现高精度温度测量，理论计算精度可达0.001℃。本技术满足测量要求，校准后的高精度温度测量仪在测温区间0℃～100℃，测温精度达到千分之五。测温精度高、测温范围广、价格低，具有较为巨大的经济价值和社会价值。附图说明图1为铂电阻的特性曲线；图2为测量温度原理图；图3为基于铂电阻的宽量程高精度温度测量仪的原理图；图4为铂电阻四线制接线图；图5为恒流源驱动电路图；图6为LTC2492的原理图；图7按键模块的电路图；图8基于铂电阻的宽量程高精度温度测量仪工作流程图；具体实施方式如图3所示，电源电路1、恒流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于铂电阻的宽量程高精度温度测量仪，其特征在于：所述基于铂电阻的宽量程高精度温度测量仪构成如下：电源电路（1）、恒流源驱动电路（2）、温度传感器（3）、信号处理电路（4）、A/D转换电路（5）、单片机（6）、显示器（7）、储存器（8）、按键模块（9）、复位电路（10）、晶振电路（11）、温度校准模块（12）、数据信号处理模块（13）；其中，电源电路（1）与恒流源驱动电路（2）、A/D转换电路（5）和单片机（6）构成电连接，恒流源驱动电路（2）和信号处理电路（4）构成电连接，所述信号处理电路（4）包括连接温度传感器（3）的四根引线的等效电阻，分别为第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，其中，第一电阻、恒流源驱动电路（2）、第二电阻和温度传感器（3）通过导线依次串联构成回路，第三电阻的一端通过导线连接于第一电阻和温度传感器（3）之间，第三电阻的另一端连接A/D转换电路（5）的A/D采样补偿线，第四电阻的一端通过导线连接于第二电阻和温度传感器（3）之间，第四电阻的另一端连接对地补偿线，信号处理电路（4）通过A/D转换电路（5）与单片机（6）相连，显示器（7）、储存器（8）、按键模块（9）、复位电路（10）和晶振电路（11）分别与单片机（6）相连接，按键模块（9）通过温度校准模块（12）与数据信号处理模块（13）相连，数据信号处理模块（13）与单片机（6）相连。...

【技术特征摘要】
1.一种基于铂电阻的宽量程高精度温度测量仪，其特征在于：所述基于铂电阻的宽量程高精度温度测量仪构成如下：电源电路（1）、恒流源驱动电路（2）、温度传感器（3）、信号处理电路（4）、A/D转换电路（5）、单片机（6）、显示器（7）、储存器（8）、按键模块（9）、复位电路（10）、晶振电路（11）、温度校准模块（12）、数据信号处理模块（13）；其中，电源电路（1）与恒流源驱动电路（2）、A/D转换电路（5）和单片机（6）构成电连接，恒流源驱动电路（2）和信号处理电路（4）构成电连接，所述信号处理电路（4）包括连接温度传感器（3）的四根引线的等效电阻，分别为第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，其中，第一电阻、恒流源驱动电路（2）、第二电阻和温度传感器（3）通过导线依次串联构成回路，第三电阻的一端通过导线连接于第一电阻和温度传感器（3）之间，第三电阻的另一端连接A/D转换电路（5）的A/D采样补偿线，第四电阻的一端通过导线连接于第二电阻和温度传感器（3）之间，第四电阻的另...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾吉林，李星宇，刘淼，郭淑敏，马驰，耿杨，刘影，刘颖波，
申请(专利权)人：辽宁师范大学，
类型：新型
国别省市：辽宁,21