一种多路温度测量电路及测量方法技术

本发明专利技术涉及温度测量技术领域，尤其涉及一种多路温度测量电路及测量方法，包括信号采集模块、信号处理模块和信号输出模块，信号采集模块与信号处理模块电性连接，信号处理模块与信号输出模块电性连接，信号采集模块采集被测物体温度信号并将其转换为电阻信号，信号处理模块将电阻信号转换为电压信号，将电压信号经过选择、缓冲隔离和模数转换后进行电平转换，并通过信号输出模块读取相应的数字量信号。本发明专利技术设计成本低、测量精度高、工作可靠性强，便于实现多路不同位置温度的集中采集，通过FPGA可以读取每路温度对应的数字量，再结合阻抗

【技术实现步骤摘要】
一种多路温度测量电路及测量方法


[0001]本专利技术涉及温度测量
，尤其涉及一种多路温度测量电路及测量方法。

技术介绍

[0002]相比于传统的温度传感器，热敏电阻具有体积小、成本低、灵敏度高和热惯性小的优点；因此，热敏电阻已经广泛应用于“点温”测量、多路温度测量以及特定快速变化测量等场合。
[0003]目标点的温度测量是测量电路的主要任务；为了测量目标点的温度，人们设计了许多温度测量电路，主要有：
[0004]热电偶测量：电路通过两种不同材料的导体或半导体的两端连接点在温度不同时会产生热电效应的原理进行测温；但是将热电偶的电压信号转换为可用的温度读数信号需要大量复杂的信号调理电路。此外金属特性会导致热电偶内部固有的不准确性，并且在某些工况下热电偶会随着时间的推移逐渐受到腐蚀，当测量毫伏级信号时易受到杂散电场和磁场产生的噪声影响，上述现象均会导致热电偶的测量精度降低。
[0005]铂电阻测量：电路通过阻值随温度的变化而改变这一特性进行测温；但是将铂电阻的阻值信号转换为模数转换器可测的电压信号需要H桥、多级运放等较为复杂的信号调理电路，电路设计成本较高，功耗较大。
[0006]集成电路测量：分为模拟式集成电路和数字式集成电路两种；模拟式集成电路输出为模拟信号，数字式集成电路输出为数字信号；但是集成电路测温范围比较有限，而且存在自热、工作不稳定、响应速度慢以及需要外接电源等问题。

技术实现思路

[0007]针对现有算法的不足，本专利技术提供一种结构简单、设计成本低廉的多路温度测量电路及测量方法。
[0008]本专利技术所采用的技术方案是：一种多路温度测量电路包括：
[0009]信号采集模块、信号处理模块和信号输出模块，信号采集模块与信号处理模块电性连接，信号处理模块与信号输出模块电性连接，信号采集模块采集被测物体温度信号并将其转换为电阻信号，信息处理模块将电阻信号转换为电压信号，将电压信号经过选择、缓冲隔离和模数转换后进行电平转换,并通过信号输出模块读取相应的数字量信号。
[0010]进一步的，信号输出模块为FPGA单元。
[0011]进一步的，信号采集模块为热敏电阻单元，热敏电阻单元包括若干个热敏电阻。
[0012]进一步的，信号处理模块包括：阻抗
‑
电压变换单元、模拟开关单元、电压跟随器单元、模数转换器单元和电平转换单元，阻抗
‑
电压变换单元的输入端与热敏电阻单元的输出端电性连接，阻抗
‑
电压变换单元的输出端与模拟开关单元的输入端电性连接，模拟开关单元的输出端与电压跟随器单元的输入端电性连接，电压跟随器单元的输出端与模数转换器单元的输入端电性连接，模数转换器单元的输出端与电平转换单元的输入端电性连接，电
平转换单元的输出端与FPGA单元的输入端电性连接；热敏电阻单元将多路温度信号转换为多路电阻信号，多路电阻信号通过阻抗
‑
电压变换单元转换为多路模拟电压信号，多路模拟电压信号经模拟开关选择后变为一路模拟电压信号输出，一路模拟电压信号经电压跟随器单元的缓冲隔离和跟随后进入模数转换器单元，通过模数转换器单元转换为数字信号，电平转换单元将数字信号的电平进行转换以匹配FPGA单元的接口电平，转换后的数字信号由FPGA单元进行读取，FPGA单元还为模拟开关单元和模数转换器单元提供驱动信号。
[0013]进一步的，模拟开关单元包括若干个模拟开关，电压跟随器单元包括若干个电压跟随器，电平转换单元包括若干个电平转换器，模数转换器单元包括若干个模数转换器。
[0014]进一步的，还包括电源模块，电源模块与信号处理模块和信号输出模块电性连接，并为信号处理模块和信号输出模块供电。
[0015]进一步的，电源模块包括：精密电压基准源单元，第一电压源单元，第二电压源单元，第三电压源单元和第四电压源单元，第一电压源单元与精密电压基准源单元电性连接，精密电压基准源单元分别与阻抗
‑
电压变换单元和模数转换器单元电性连接，精密电压基准源单元将第一电压源单元的电压转换为精密的参考电压，第二电压源单元分别与模拟开关单元、电压跟随器单元、模数转换器单元和电平转换单元电性连接并提供供电电压，第三电压源单元分别与电平转换单元和FPGA单元电性连接并提供供电电压，第四电压源单元与FPGA单元电性连接并提供供电电压。
[0016]由于电平转换单元和FPGA单元均需要两种不同等级的电压供电，每个电压源单元代表一种电压等级。
[0017]进一步的，模拟开关单元包含N个模拟开关，每个模拟开关有M个模拟量输入通道，模数转换器单元包含Q个模数转换器，每个模数转换器有P个模拟量输入通道，对应测量温度的路数公式：S＝MN＝MPQ。
[0018]进一步的，当FPGA单元从模数转换器单元读取的数字量为D，模数转换器的分辨率为n位，模数转换器的正参考电压值和负参考电压值分别为V
r
和0，温度为t时的热敏电阻的阻值为R
t
，阻抗
‑
电压变换单元的分压电阻为R
f
，阻抗
‑
电压变换单元的供电电压为V
r
时，得到热敏电阻的各温度点t的公式：
[0019][0020]其中，f(
·
)是以lnR
t
为自变量的函数。
[0021]多路温度测量电路的测量方法，包括：
[0022]步骤一、通过分压电阻的阻值和模数转换器的输入电压得到热敏电阻的阻值；
[0023]步骤二、根据热敏电阻各温度点的温度和对应电阻值构建热敏电阻的温度点拟合函数；
[0024]步骤三、根据热敏电阻的温度点拟合函数和热敏电阻的阻值，计算热敏电阻各温度点的温度值。
[0025]本专利技术的有益效果：
[0026]1、本专利技术设计成本低、测量精度高、工作可靠性强，便于实现多路不同位置温度的集中采集，通过FPGA可以读取每路温度对应的数字量，再结合阻抗
‑
电压变换电路算出每路
温度对应的热敏电阻阻值，然后只需简单的计算即可获得每路的温度值；方法计算简洁，并提供了一套标准的温度测量流程。
附图说明
[0027]图1是本专利技术的多路温度测量电路的结构框图；
[0028]图2是本专利技术的阻抗
‑
电压变换单元的电路原理及其与其它电路单元连接关系图；
[0029]图3是本专利技术的通过热敏电阻测量温度的流程图；
[0030]图1中，101、热敏电阻单元；102、阻抗
‑
电压变换单元；103、模拟开关单元；104、电压跟随器单元；105、模数转换器单元；106、电平转换单元；107、FPGA单元；108、精密电压基准源单元；109、第一电压源单元；110、第二电压源单元；111、第三电压源单元；112、第四电压源单元。
具体实施方式
[0031]下面结合附本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多路温度测量电路，其特征在于，包括：信号采集模块、信号处理模块和信号输出模块，信号采集模块与信号处理模块电性连接，信号处理模块与信号输出模块电性连接，信号采集模块采集被测物体温度信号并将其转换为电阻信号，信号处理模块将电阻信号转换为电压信号，将电压信号经过选择、缓冲隔离和模数转换后进行电平转换,并通过信号输出模块读取相应的数字量信号。2.根据权利要求1所述的多路温度测量电路，其特征在于：信号输出模块为FPGA单元。3.根据权利要求1所述的多路温度测量电路，其特征在于：信号采集模块为热敏电阻单元，热敏电阻单元包括若干个热敏电阻。4.根据权利要求2所述的多路温度测量电路，其特征在于，信号处理模块包括：阻抗
‑
电压变换单元、模拟开关单元、电压跟随器单元、模数转换器单元和电平转换单元，阻抗
‑
电压变换单元的输入端与热敏电阻单元的输出端电性连接，阻抗
‑
电压变换单元的输出端与模拟开关单元的输入端电性连接，模拟开关单元的输出端与电压跟随器单元的输入端电性连接，电压跟随器单元的输出端与模数转换器单元的输入端电性连接，模数转换器单元的输出端与电平转换单元的输入端电性连接，电平转换单元的输出端与FPGA单元的输入端电性连接；热敏电阻单元将多路温度信号转换为多路电阻信号，多路电阻信号通过阻抗
‑
电压变换单元转换为多路模拟电压信号，多路模拟电压信号经模拟开关选择后变为一路模拟电压信号输出，一路模拟电压信号经电压跟随器单元的缓冲隔离和跟随后进入模数转换器单元，通过模数转换器单元转换为数字信号，电平转换单元将数字信号的电平进行转换以匹配FPGA单元的接口电平，转换后的数字信号由FPGA单元进行读取；FPGA单元还为模拟开关单元和模数转换器单元提供驱动信号。5.根据权利要求4所述的多路温度测量电路，其特征在于：模拟开关单元包括若干个模拟开关，电压跟随器单元包括若干个电压跟随器，电平转换单元包括若干个电平转换器，模数转换器单元包括若干个模数转换器。6.根据权利要求4所述的多路温度测量电路，其特征在于：还包括电源模块，电源模块与...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜雷杰，郑剑锋，戴卫力，张振中，强浩，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：