一种带自动校准的高精度测量电路和方法技术

本发明专利技术在专利申请号为2014107833512的《一种基于NTC温度传感器的高精度温度采集电路及方法》的基础上进行改进。不仅完善了现有技术方案的缺陷，保证在窄采集温度范围时也能达到高精度，并且具备自动校准功能，而且成本更加低廉。本发明专利技术技术方案采用软件进行NTC供电电源检测,消除电源波动造成的误差。采用多个电阻器进行匹配,适应不同区间的NTC阻值分压值,拉大不同温度对应的电阻值引起的分压阶梯,消除测量误差。电路启动时进行自动校准,获取线性调整系数,消除器件不一致性的误差。

A high precision measurement circuit and method with automatic calibration

The invention is improved on the basis of the patent application No. 214107833512 \a high precision temperature acquisition circuit and method based on NTC temperature sensor\. It not only improves the defects of the existing technical scheme, but also ensures the high precision in the narrow collection temperature range, and has the automatic calibration function, and the cost is cheaper. The technical proposal of the invention adopts software to detect the NTC power supply and eliminate the error caused by the fluctuation of the power supply. Multiple resistors are used to match the NTC value in different intervals, and the voltage step caused by the resistance value corresponding to different temperatures is enlarged and the measurement error is eliminated. The circuit is automatically calibrated at startup, obtaining linear adjustment coefficient and eliminating the error of device inconsistency.

【技术实现步骤摘要】
一种带自动校准的高精度测量电路和方法
本专利技术应用于NTC温度传感器精准测量领域,尤其涉及一种基于NTC温度传感器的带自动校准的高精度测量电路和方法。
技术介绍
目前市面上的NTC测量电路,均为单电阻分压式，因为热敏电阻为指数型,采用单电阻分压式造成测量有的区间误差很大,测量温度误差达到±5℃,由于每个元件的差异性,出厂之前都需要手动进行校准，否则，由于元件导致的差异性而产生的测量误差也会达到±2℃,综合误差会达到±7℃,现有技术采用多电阻分压式的方法进行测量，一定程度上可消除测量误差,但是无法消除元件一致性的误差。目前上的消除误差的手段比较单一,只针对主要的误差进行了消除,其余的误差未考虑齐全,有的有了精度没有校准功能,造成生产上困难。如专利申请号为2014107833512的《一种基于NTC温度传感器的高精度温度采集电路及方法》公开的技术方案可以达到在宽采集温度范围内获得较好的精度。但是当在窄采集温度范围内却不能保证精度。
技术实现思路
为了保证在窄采集温度范围时也能达到高精度，本专利技术在专利申请号为2014107833512的《一种基于NTC温度传感器的高精度温度采集电路及方法》的基础上进行了改进。不仅完善了现有技术方案的缺陷，而且成本比现有技术方案还要低廉。本专利技术技术方案采用软件进行NTC供电电源检测,消除电源波动造成的误差。采用多个电阻器进行匹配,适应不同区间的NTC阻值分压值,拉大不同温度对应的电阻值引起的分压阶梯,消除测量误差。电路启动时进行自动校准,获取线性调整系数,消除器件不一致性的误差。为了达到上述技术效果。具体的，一种基于NTC温度传感器的带自动校准的高精度测量电路，包括校准电阻R1和R2、校准开关、NTC温度传感器、采样开关、采样电阻R3和R4、MCU电源、MCU。其中，所述的校准电阻R1和R2连接MCU的电源采集功能引脚，所述的校准电阻用于采集数据计算测量误差系数，MCU的电源采集功能对电源过滤消除电源波动。所述的校准电阻R1和R2与校准开关阵列S1一一对应串联，校准开关分别连接MCU的CA和CB引脚，MCU对校准开关进行开、关控制。所述的NTC温度传感器连接MCU的AD引脚，用于分压信号采集，最终换算出周围环境的温度。所述的NTC温度传感器和所述的校准电阻R1、R2分别与MCU电源连接。所述的采样开关S2分别连接MCU的CC和CD引脚，所述的采样开关一一串联采样电阻，采样电机接地。MCU对采样开关进行选择控制。所述的MCU用于为所述的校准开关、采样开关提供开关选择信号以及根据所述的校准电阻值、以及所述的MCU电源值，确定测量误差系数，最终结合误差系数精确计算出所述NTC温度传感器在当前环境下的阻值和温度值。本专利技术还提供了一种基于NTC温度传感器的带自动校准的高精度测量方法，包括：S01：通过MCU引入校准电阻阵列测量获得电源电压值；S02：实测误差与理论误差拟合成线性方程；S03：解析线性方程，获得误差系数；S04：将误差系数补偿到NTC温度传感器测量值中，得到高精度的输出值。在本测量方法步骤S04之前，通过电路设计和软件计算分析到达消除元器件差异性带来的误差和电源误差来提供测量精度。在上述方案中电路启动时，1)MCU_CC和MCU_CA置高,测量出分压值Vres,此时,理论上Vres计算公式如下：而,实际测量值V′resV′res＝aVres因此，通过校准可以确定误差系数a，可以消除元器件的误差。2)MCU_CD和MCU_CB置高,测量出分压值Vres,此时,理论上Vres计算公式如下：而,实际测量值V′resV'res＝bVres因此，通过校准可以确定误差系数b，可以消除电源的误差。附图说明图1，基于NTC温度传感器的带自动校准的高精度测量电路图；图2，NTC电阻与温度的曲线关系图；图3，NTC电阻与温度的分辨率示意图。具体实施方式以下由特定的具体实施说明本专利技术的实施方案，意在便于理解本方案。图中给出的具体数值并不是为了限定本技术方案。在无实质变更
技术实现思路
下，当视为本专利技术可实施的范畴。如附图1所示，是本技术方案的电路原理图。一种基于NTC温度传感器的带自动校准的高精度测量电路，包括校准电阻R1和R2、校准开关、NTC温度传感器、采样开关、采样电阻R3和R4、MCU电源、MCU。其中，所述的校准电阻R1和R2连接MCU的电源采集功能引脚，所述的校准电阻用于采集数据计算测量误差系数，MCU的电源采集功能对电源过滤消除电源波动。所述的校准电阻R1和R2与校准开关阵列S1一一对应串联，校准开关分别连接MCU的CA和CB引脚，MCU对校准开关进行开、关控制。所述的NTC温度传感器连接MCU的AD引脚，用于分压信号采集，最终换算出周围环境的温度。所述的NTC温度传感器和所述的校准电阻R1、R2分别与MCU电源连接。所述的采样开关分S2别连接MCU的CC和CD引脚，所述的采样开关一一串联采样电阻，采样电机接地。MCU对采样开关进行选择控制。优选的，校准电阻R1为521Ω，R2为55KΩ。优选的，采样电阻R3为270Ω，R2为4.7KΩ。所述的MCU用于为所述的校准开关S1、采样开关S2提供开关选择信号以及根据所述的校准电阻值、以及所述的MCU电源值，确定测量误差系数，最终结合误差系数精确计算出所述NTC温度传感器在当前环境下的阻值和温度值。如附图2所示，是本设计电路下NTC电阻与温度的曲线关系图。在电路实际运行的时候MCU_CC和MCU_CD禁止,即使用R1和R2断开。得出NTC温度值与电阻值的变化曲线如图2所示。横轴表示温度值，数轴表示电阻值。从曲线图中可以看出电阻值在不同的温度区域是非线性关系变化的。电路实际运行的时候通过控制引脚MCU_CA使能R3为采样电阻,通过控制引脚MCU_CB使能R4为采样电阻，通过实测,当温度在80℃以下时,通过R3进行采样,当温度在80℃以上时,通过R4进行采样。从曲线图中可以看出，当温度超过80℃，阻值变化区间小，此时精度很难保证。假定温度为50℃时,对应NTC理论阻值应该为3465Ω,电源电压为3300mV时,理论电压为239mV。51℃时,对应NTC理论阻值应该为3465Ω,电源电压为3300mV时,理论电压为239mV。这样温度差异小的情况下，电压测量精度无法区别。而通过本技术方案，MCU引入校准电阻阵列测量获得电源电压值，实测误差与理论误差拟合成线性方程。解析线性方程获得误差系数，再将误差系数补偿到NTC温度传感器测量值中，便可得到高精度的输出值。本技术方案通过电路设计和软件计算分析到达消除元器件差异性带来的误差和电源误差来提供测量精度。具体的，在上述方案中电路启动时，1)MCU_CC和MCU_CA置高,测量出分压值Vres,此时,理论上Vres计算公式如下：而,实际测量值V′resV′res＝aVres因此，通过校准可以确定误差系数a，可以消除元器件的误差。2)MCU_CD和MCU_CB置高,测量出分压值Vres,此时,理论上Vres计算公式如下：而,实际测量值V′resV'res＝bVres因此，通过校准可以确定误差系数b，可以消除电源的误差。通过本技术方案带自动校准的高精度测量电路最终可以得出如图3所示的NTC电阻与温度分辨率图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于NTC温度传感器的带自动校准的高精度测量电路，包括校准电阻R1和R2、校准开关、NTC温度传感器、采样开关、采样电阻R3和R4、MCU电源、MCU；其中，所述的校准电阻R1和R2连接MCU的电源采集功能引脚，所述的校准电阻用于采集数据计算测量误差系数，MCU的电源采集功能对电源过滤消除电源波动。所述的校准电阻R1和R2与校准开关阵列S1一一对应串联，校准开关分别连接MCU的CA和CB引脚，MCU对校准开关进行开、关控制，所述的NTC温度传感器连接MCU的AD引脚，用于分压信号采集，最终换算出周围环境的温度，所述的NTC温度传感器和所述的校准电阻R1、R2分别与MCU电源连接，所述的采样开关S2分别连接MCU的CC和CD引脚，所述的采样开关一一串联采样电阻，采样电机接地。MCU对采样开关进行选择控制，所述的MCU用于为所述的校准开关、采样开关提供开关选择信号以及根据所述的校准电阻值、以及所述的MCU电源值，确定测量误差系数，最终结合误差系数精确计算出所述NTC温度传感器在当前环境下的阻值和温度值。

【技术特征摘要】
1.一种基于NTC温度传感器的带自动校准的高精度测量电路，包括校准电阻R1和R2、校准开关、NTC温度传感器、采样开关、采样电阻R3和R4、MCU电源、MCU；其中，所述的校准电阻R1和R2连接MCU的电源采集功能引脚，所述的校准电阻用于采集数据计算测量误差系数，MCU的电源采集功能对电源过滤消除电源波动。所述的校准电阻R1和R2与校准开关阵列S1一一对应串联，校准开关分别连接MCU的CA和CB引脚，MCU对校准开关进行开、关控制，所述的NTC温度传感器连接MCU的AD引脚，用于分压信号采集，最终换算出周围环境的温度，所述的NTC温度传感器和所述的校准电阻R1、R2分别与MCU电源连接，所述的采样开关S2分别连接MCU的CC和CD引脚，所述的采样开关一一串联采样电阻，采样电机接地。MCU对采样开关进行选择控制，所述的MCU用于为所述的校准开关、采样开关提供开关选择信号以及根据所述的校准电阻值、以及所述的MCU电源值，确定测量误差系数，最终结合误差系数精确计算出所述NTC温度传感器在当前环境下的阻值和温度值...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：武汉盛硕电子有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42