一种低成本高精度易反推易调试的温度测量方法技术

本发明专利技术提供一种低成本高精度易反推易调试的温度测量方法，具体步骤为：第一步，通过温度采集电路中四个电阻R1、R2、R3、R4搭建的惠斯通桥得到铂热电阻R3与最低温度参考电阻R1的差分电压输出ΔU；第二步，对第一步中得到的差分电压ΔU同比例放大G倍，得出放大后的差分电压ΔUADV；第三步，根据第二步得到的电压数据ΔUADV和第一步得到的电压数据ΔU得出铂热电阻R3的阻值；第四步，通过高精度温度解算算法得到铂热电阻R3与温度的转换，求得温度数值，实现高精度温度测量。本发明专利技术给出反推电阻的公式，便于反推调试和检验电路的硬件特性，测量精度高，避开了人为误差，实现了高精度温度测量，经济适用具有很高的推广价值。经济适用具有很高的推广价值。经济适用具有很高的推广价值。

【技术实现步骤摘要】
一种低成本高精度易反推易调试的温度测量方法


[0001]本专利技术属于测温电路领域，特别涉及一种低成本高精度易反推易调试的温度测量方法。

技术介绍

[0002]随着高度智能化的全面发展，温度测量随处可见，测温电路的应用越来越广泛，大多采用的是选用温度传感器，目前主流的温度传感器分为四种，即RTD、热敏电阻、热电偶以及具有数字和模拟接口的集成电路传感器。
[0003]RTD温度传感器线性、重复性和稳定性好，但是由于需要恒定电压、电流，所以通电过程中产生的功率会影响其所测温度，另外，在RTD模拟信号输出时，放大器和ADC组件的自身误差也需要考虑，精度一般在0.1～1.0℃；热敏电阻，分为正温度系数和负温度系数，但是它的适用温度范围比较苛刻，一般在0℃～ 150℃，且测量精度为0.05～1.5℃；热电偶温度传感器在暴露状态下，抗腐蚀性较弱，稳定性不如RTD和热敏电阻，测量精度在0.5～5.0℃；IC类的温度传感器，功耗低，体积小，集成度高，但是测温范围受限，仅为
‑
70℃～150℃，测量精度与热电偶差不多，在0.5～5.0℃。
[0004]所以，温度测试方法的确定，需要从温度范围、精度、应用环境、成本等多个角度考量。目前涉及到的温度测量方法，大多采用集成IC温度采集模块、测电阻并进行AD解算法。IC温度采集模块，集成度高，看似省心省力，但是测温范围受限，而且都需要有微处理器芯片协同进行数据交互，才可以实现温度数据采集；测电阻法，大多采用人工查表和微处理器查表法，表格数据量大，录入繁琐，要么应用线性插值法，这些方法不是工作量大、就是温度解算算法精度差，据计算大于0℃的温度解算误差达0.1℃以上，负温度状态，在
‑
40℃以下，误差平均大于5℃。

技术实现思路

[0005]为了克服现有误差大且成本高的问题，本专利技术提供一种低成本高精度易反推易调试的温度测量方法，本方法中用到的硬件电路简单，器件为常规易购品，调试过程直观可靠，温度解算算法以基础特性为依据，避开了人为误差，实现了高精度温度测量，经济适用，具有很高的推广价值。
[0006]本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种低成本高精度易反推易调试的温度测量方法，具体步骤为：
[0008]第一步，通过温度采集电路中四个电阻R1、R2、R3、R4搭建的惠斯通桥得到铂热电阻R3与最低温度参考电阻R1的差分电压输出ΔU；
[0009]第二步，对第一步中得到的差分电压ΔU同比例放大G倍，得出放大后的差分电压ΔUADV；
[0010]第三步，根据第二步得到的电压数据ΔUADV和第一步得到的电压数据ΔU得出铂热电阻R3的阻值；
[0011]第四步，通过高精度温度解算算法得到铂热电阻R3与温度的转换，求得温度数值，实现高精度温度测量。
[0012]所述的第一步中，通过高精度电阻R1、R2、R4以及铂热电阻R3搭建惠斯通桥，通过给惠斯通桥两端供合适的电压VCC，实现铂热电阻R3与最低温度参考电阻R1的差分电压输出ΔU。
[0013]所述的第二步中，选用轨对轨差分运放以及运放增益电阻R7，实现第一步中得到的差分电压ΔU的同比例放大，得到其放大后的差分电压ΔUADV，并将该电压直接输入到微处理器的模拟数字输入端，即AD输入端，通过AD数据采集得到电压ΔUADV的数字数据。
[0014]根据惠斯通桥电路的工作原理，可得U
+
、U
‑
、ΔU的输出公式如下：
[0015][0016][0017][0018]其中，U
+
为轨对轨差分运放的正输入端，U
‑
为轨对轨差分运放的负输入端，ΔU为轨对轨差分运放的差分输入电压。
[0019]根据运放增益电阻R7得到的运放放大倍数G，可得实际输入AD的电压为：
[0020]ΔUADV＝ΔU*G
ꢀꢀꢀꢀ
(4)，其中，ΔU为轨对轨差分运放的差分输入电压，G为运放增益电阻R7的放大倍数；
[0021]则铂热电阻的阻值为：
[0022][0023]所述的第四步中，高精度温度解算算法包括负温度范围温度解算算法和正温度范围温度解算算法，其中负温度范围为
‑
200℃～0℃，正温度范围为0℃～ 850℃；
[0024]对于
‑
200℃～0℃的温度范围，电阻与温度的对应关系：
[0025]R(t)＝R(0℃)*[1+At+Bt+Bt2+C(t
‑
100℃)t3]ꢀꢀ
(7)
[0026]对于0℃～850℃的温度范围，电阻与温度的对应关系：
[0027]R(t)＝R(0℃)*(1+At+Bt2)
ꢀꢀ
(8)
[0028]在以上两公式中
[0029]R(t)——在温度为t℃时铂热电阻R3的电阻值，记为R，单位为Ω；
[0030]t——温度为t℃；
[0031]R(0℃)——在温度为0℃时铂热电阻R3的电阻值为100Ω；
[0032]A——常数，其值为3.9083
×
10
‑3[0033]B——常数，其值为
‑
5.775
×
10
‑7[0034]C——常数，其值为
‑
4.183
×
10
‑
12
。
[0035]对于
‑
200℃～0℃的温度范围，温度高精度解算算法为：根据公式(7)求解四次方程，将该方程写成一元四次方程的标准形式，即：
[0036][0037]运用意大利数学家费拉里的一元四阶求根公式，得出温度电阻的对应关系式：
[0038][0039]式中，
[0040][0041][0042][0043][0044]其中，Δ1＝c2‑
3bd+12ae
[0045][0046]其中，
[0047]Δ2＝2c3‑
9bcd+27ad2+27b2e
‑
72ace。
[0048]a＝C,b＝
‑
100C,c＝B,d＝A,
[0049]A——常数，其值为3.9083
×
10
‑3,
[0050]B——常数，其值为
‑
5.775
×
10
‑7,
[0051]C——常数，其值为
‑
4.183
×
10
‑
12
,
[0052]在温度为t℃时铂热电阻R3的电阻值记为R。
[0053]对于0℃～850℃的温度范围，根据公式(8)可换算得到温度的计算公式：
[0054][0055]式中，
[0056]A——常数，其值为3.9083
×
10
‑3,
[0057]B本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低成本高精度易反推易调试的温度测量方法，其特征在于：具体步骤为：第一步，通过温度采集电路中四个电阻R1、R2、R3、R4搭建的惠斯通桥得到铂热电阻R3与最低温度参考电阻R1的差分电压输出ΔU；第二步，对第一步中得到的差分电压ΔU同比例放大G倍，得出放大后的差分电压ΔUADV；第三步，根据第二步得到的电压数据ΔUADV和第一步得到的电压数据ΔU得出铂热电阻R3的阻值；第四步，通过高精度温度解算算法得到铂热电阻R3与温度的转换，求得温度数值，实现高精度温度测量。2.根据权利要求1所述的一种低成本高精度易反推易调试的温度测量方法，其特征在于：所述的第一步中，通过高精度电阻R1、R2、R4以及铂热电阻R3搭建惠斯通桥，通过给惠斯通桥两端供合适的电压VCC，实现铂热电阻R3与最低温度参考电阻R1的差分电压输出ΔU。3.根据权利要求1所述的一种低成本高精度易反推易调试的温度测量方法，其特征在于：所述的第二步中，选用轨对轨差分运放以及运放增益电阻R7，实现第一步中得到的差分电压ΔU的同比例放大，得到其放大后的差分电压ΔUADV，并将该电压直接输入到微处理器的模拟数字输入端，即AD输入端，通过AD数据采集得到电压ΔUADV的数字数据。4.根据权利要求2所述的一种低成本高精度易反推易调试的温度测量方法，其特征在于：根据惠斯通桥电路的工作原理，可得U
+
、U
‑
、ΔU的输出公式如下：、ΔU的输出公式如下：、ΔU的输出公式如下：其中，U
+
为轨对轨差分运放的正输入端，U
‑
为轨对轨差分运放的负输入端，ΔU为轨对轨差分运放的差分输入电压。5.根据权利要求3所述的一种低成本高精度易反推易调试的温度测量方法，其特征在于：根据运放增益电阻R7得到的运放放大倍数G，可得实际输入AD的电压为：ΔUADV＝ΔU*G
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)，其中，ΔU为轨对轨差分运放的差分输入电压，G为运放增益电阻R7的放大倍数；则铂热电阻的阻值为：6.根据权利要求1所述的一种低成本高精度易反推易调试的温度测量方法，其特征在于：所述的第四步中，高精度温度解算算法包括负温度范围温度解算算法和正温度范围温度解算算法，其中负温度范围为
‑
200℃～0℃，正温度范围为0℃～850℃；对于
‑
200℃～0℃的温度范围，电阻与温度的对应关系：R(t)＝R(0℃)*[1+At+Bt+Bt2+C(t
‑
10...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建宏，张琴琴，郭李艳，兰宝刚，祝子文，成俊康，陈彦斌，
申请(专利权)人：西安航天动力测控技术研究所，
类型：发明
国别省市：