基于程控双恒流电源的温度变送装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及温度测量系统领域，本发明专利技术针对现有温度变送装置当被测温度为0℃时，电路输出不为0，且绝对精度不能达到±0.1℃的技术问题，提供了一种基于程控双恒流电源的温度变送装置，包括：热电阻，所述热电阻的阻值会随着温度上升而增长；参考电阻，所述参考电阻与热电阻在0℃时的阻值相同；两个恒流源，两个恒流源产生的电流相同，两个恒流源产生的电流分别通过热电阻和参考电阻后汇合接地；差动放大器，差动放大器的两个输入端口分别与热电阻和参考电阻的电流输入端连接；A/D转换器，A/D转换器与差动放大器的输出端口连接；微处理器，微处理器与A/D转换器连接。

【技术实现步骤摘要】
基于程控双恒流电源的温度变送装置及方法
本专利技术涉及温度测量系统领域，具体涉及一种基于程控双恒流电源的温度变送装置及方法。
技术介绍
在工业生产过程中的温度检测系统中，通常采用的是温度传感器有热电阻和热电偶，由于热电偶测量的是相对温度，需要冷端补偿，在连续测量或者冷端补偿不到位的情况下，容易出现测量结果不够精确的情况。热电阻不存在冷端补偿的问题，因此在工业生产过程中被大面积使用。现有的温度变送装置通常以热电阻作为感温元件。为方便对技术问题进行说明，以现在广泛采用的Pt100热电阻(一种热电阻，温度为0摄氏度时，其电阻为100Ω，简称Pt100)为例进行说明。Pt100热电阻在使用过程中还需要与调理电路配合使用，现有的调理电路通常包括恒压式和恒流式。在恒压式调理电路中，在忽略导线电阻的前提下，其电压的变化量(被测物理量)与热电阻的阻值是非线性关系，绝对测量精度达不到±0.1℃。仅有在一些测量精度不高的场合有应用。在实际应用中，热电阻与测控设备(或者说调理电路)之间必然有连接导线，为解决连接导线的电阻会影响温度测量精度的问题，人们就开发一种三线制接法，即Pt100与一个参考电阻R3分别位于两条电桥的桥臂上，Pt100同时与三条导线连接，这三条导线特性相同，长度相等，其阻值也相等，当在特定温度下，如被测温度为0℃，Pt100温度传感器的阻值就是100Ω，电桥的两个桥臂上流过的电流相同，在两个导线电阻上的压降也相同，因为恒压式Pt100调理电路输出的是分别在两个桥臂上两个电压Ua、Ub之间的一个电势差，所以分别在两个桥臂上导线电阻产生的电压被相互抵消，因而桥臂输出电压与导线电阻无关，也就是消除了导线电阻对测量精度的影响。但是，在实际使用过程中，并不能完全消除导线电阻的影响，最多就是可以较大程度上消除导线电阻对测温精度的影响，因为消除导线电阻影响的前提是两个桥臂电流相同，在恒压式Pt100温度传感器调理电路中难以实现(恒压式调理电路存在一定的波动性)，就算可以在特定温度下做到两个桥臂电流相同，一旦温度变化，Pt100温度传感器的阻值必然变化，对应桥臂电流也会变化，与另一桥臂电流就会产生差异，当两个桥臂电流不相等，分别在两个桥臂上的导线电阻产生也压降就会不同，导线电阻上产生的压降就自然会影响温度测量精度。因此，针对恒压式调理电路存在的问题，人们又开发出了恒流式调理电路，在恒流式调理电路中，不会附加非线性误差，但是存在不能采用三线制以消除导线电阻对测温精度的影响，而且当被测温度为0℃时，电路输出不为0，这个会给温度信号的后续处理带来一些问题。后来，针对恒流式调理电路不能采用三线制以消除导线电阻对测温精度的影响的问题，中国专利授权公告号为CN102879124A的文献中，公开了一种温度采集模块，该温度采集模块与外部上位机、外部直流电源及至少一PT100探头相互电连接，且该温度采集模块包括一微控制器、一PT100采样通道选择地址线、一单通道差分ADC、两精密恒流源、一多路模拟复器、一双路精密电压信号放大电路及至少一两/三线制选择开关。其能够实现两线制温度数据采集模块与三线制温度采集模式的自由切换。但是上述方案，两个恒流源同时向一个加载到PT100上，存在当被测温度为0℃时，电路输出不为0的问题，而且该方案的测量精度有限，绝对精度不能达到±0.1℃。
技术实现思路
本专利技术针对现有温度变送装置当被测温度为0℃时，电路输出不为0，且绝对精度不能达到±0.1℃的技术问题，提供了一种基于程控双恒流电源的温度变送装置。本专利技术提供的基础方案为：基于程控双恒流电源的温度变送装置，包括：热电阻，所述热电阻的阻值会随着温度上升而变化；参考电阻，所述参考电阻与热电阻在0℃时的阻值相同；两个恒流源，两个恒流源产生的电流相同，两个恒流源产生的电流分别通过热电阻和参考电阻后汇合接地；差动放大器，差动放大器的两个输入端口分别与热电阻和参考电阻的电流输入端连接；A/D转换器，A/D转换器与差动放大器的输出端口连接；微处理器，微处理器与A/D转换器连接。本专利技术的工作原理及优点在于：在本方案中，热电阻的阻值会随着温度的上升而变化(无论是增加还是减少均可)，引入参考电阻，让两个恒流源分别为热电阻和参考电阻供电，然后汇合后接地，这样热电阻和参考电阻就形成一个电桥，热电阻和参考电阻分别位于不同的桥臂上。在本方案中，通过如下设计实现在0℃时，电路输出为0的。由于热电阻上加载的电压和参考电阻上加载的电压，分别输入到差动放大器中，差动放大器对两个输入的电压信号的差值进行放大处理，利用热电阻和参考电阻上电压的差值，表征热电阻的电阻值的变化，从而换算出热电阻的温度。差动放大器将两个输入的电压信号的差值进行放大处理后发送至A/D转换器，A/D转换器将接收到的信息转换成数字信号输入到微处理器中，微处理器从而得到热电阻上的电压与参考电阻上的电压的差值信号，然后通过简单的换算处理，就得到了热电阻上的温度参数。在0℃时，热电阻和参考电阻的阻值相同，热电阻和参考电阻上加载的电压相等，差动放大器得到热电阻和参考电阻上加载电压的差值为0的信号，这样在差动放大器输入到A/D转换器，A/D转换器输入到微处理器的电路输出均为0。避免了在温度为0℃时，电路输出不为0，给温度信号的后续处理带来的问题。在精度上，由于本方案中，热电阻和参考电阻分别位于电桥的桥臂上，两个恒流源分别为热电阻和参考电阻供电，在实际使用过程中，可以很方便的利用三线制接法，减少导线电阻的误差，从而达到提高精度的目的。在恒流源有微小波动的情况下，在现有技术中，是无法抵消这种波动的，但是在本方案中，通过差分放大器，记录差值信号，能够较好的抵消波动，从而达到进一步提高精度的目的。在实际使用过程中，本方案的精度能够达到±0.1℃。本专利技术基于程控双恒流电源的温度变送装置，利用两个恒流源与差分放大器配合，实现了当被测温度为0℃时，电路输出为0，方便后续信号的处理，并且利用差分放大器和两个恒流源配合，达到了提高精度的目的，本方案在使用时，绝对精度能够达到±0.1℃。进一步，热电阻为铂热电阻。铂热电阻是利用铂丝的电阻值随着温度的变化而变化这一基本原理设计和制作的，其适用范围广，而且其阻值与温度的关系在误差允许范围内是呈线性的，能够较为准确的测量温度。进一步，热电阻为Pt100电阻，参考电阻的阻值为100Ω。Pt100是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。Pt100即表示它在0℃时阻值为100Ω。这样的设计能够让两个恒流源输入的电流不会太大，避免了阻值过大或者过小导致的恒流源不稳定的问题。进一步，还包括第一多路转换器，第一多路转换器用于切换差动放大器的输入，差动放大器的输入可以为热电阻和参考电阻的电流输入端，用于测量温度；或者差动放大器的输入接地，用于零漂校正；或者差动放大器的输入为一个满量程时的基准电压，用于满量程校正；第一多路转换器与微处理器信号连接。这样的设计，微处理器控制第一多路转换器控制切换差动放大器的输入接地，记录反馈的零漂值P1；然后微处理器控制第一多路转换器切换差动放大器的输入满量程时的基准电压，记录反馈的满量程值P2；微处理器将A/D转换器的输入的电压的数字信号转化为热电阻测量值，记为测量值P3，所述实际温度信本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于程控双恒流电源的温度变送装置，包括：热电阻，所述热电阻的阻值会随着温度上升而变化；其特征在于，还包括：参考电阻，所述参考电阻与热电阻在0℃时的阻值相同；两个恒流源，两个恒流源产生的电流相同，两个恒流源产生的电流分别通过热电阻和参考电阻后汇合接地；差动放大器，差动放大器的两个输入端口分别与热电阻和参考电阻的电流输入端连接；A/D转换器，A/D转换器与差动放大器的输出端口连接；微处理器，微处理器与A/D转换器连接。

【技术特征摘要】
1.基于程控双恒流电源的温度变送装置，包括：热电阻，所述热电阻的阻值会随着温度上升而变化；其特征在于，还包括：参考电阻，所述参考电阻与热电阻在0℃时的阻值相同；两个恒流源，两个恒流源产生的电流相同，两个恒流源产生的电流分别通过热电阻和参考电阻后汇合接地；差动放大器，差动放大器的两个输入端口分别与热电阻和参考电阻的电流输入端连接；A/D转换器，A/D转换器与差动放大器的输出端口连接；微处理器，微处理器与A/D转换器连接。2.根据权利要求1所述的基于程控双恒流电源的温度变送装置，其特征在于：热电阻为铂热电阻。3.根据权利要求1所述的基于程控双恒流电源的温度变送装置，其特征在于：热电阻为Pt100电阻，参考电阻的阻值为100Ω。4.根据权利要求1-3任一项所述的基于程控双恒流电源的温度变送装置，其特征在于：还包括第一多路转换器，第一多路转换器用于切换差动放大器的输入，差动放大器的输入可以为热电阻和参考电阻的电流输入端，用于测量温度；或者差动放大器的输入接地，用于零漂校正；或者差动放大器的输入为一个满量程时的基准电压，用于满量程校正；第一多路转换器与微处理器信号连接。5.根据权利要求4所述的基于程控双恒流电源的温度变送装置，其特征在于：所述参考电阻为低温漂移的高精度电阻。6.根据权利要求5所述的基于程控双恒流电源的温度变送装置，其特征在于：还包括第二多路转换器，第二多路转换器用于切换两个恒流源的负载状态，两个恒流源的负载状态可以为由热电阻和参考电阻构成的电桥，或者两个恒流源分别流过参考电阻，第二多路转换器与微处理器信号连接，A/D转换器还用于读取参考电阻上的电压并反馈至微处理器，微处理器还用...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨光祥，
申请(专利权)人：重庆工商大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50