一种热电阻信号的测量系统技术方案

本发明专利技术公开了一种热电阻信号的测量系统，包括：第一恒流源和第二恒流源、飞电容、模／数转换器、精密电阻、控制器、设置在所述飞电容与热电阻之间且连接所述第一恒流源和第二恒流源的充电控制单元及设置在所述模／数转换器与飞电容之间的连接控制单元。通过本发明专利技术，能够提高测量热电阻信号的准确性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及工业自动化控制
，更具体地说，涉及一种热电阻信号的测量 系统。
技术介绍
热电阻是工业自动化领域一种常见的温度测量装置，其电阻值(即热电阻信号) 随温度变化而改变。测量系统通过测量电阻值即可实现对温度的测量。一般热电阻与测量系统之间可采用二线制、三线制或四线制三种方式进行连接。 但实际应用中热电阻与测量系统之间距离较远，连接二者的导线较长，二线制连接方式会 使测量精度受导线电阻的影响，而四线制连接方式会增加导线成本，因此三线制连接方式 被普遍采用。采用三线制连接方式时，测量系统一般采用电桥法或单恒流源法将热电阻信 号转换为电压信号，然后通过A/D转换器(模/数转换器)将电压信号转换为数字信号送 往控制器。图1和图2图示的热电阻信号测量系统在现有技术中普遍应用。其中，图1为采用 电桥法测量热电阻信号的系统电路原理图。热电阻Rt通过三条导线连接到测量系统。测量 系统内的精密电阻Rl、R2和R3与热电阻组成惠斯通电桥。基准电压源为电桥提供恒定的 电压激励。当热电阻信号变化时，电桥的输出电压(即A/D转换器的输入电压)发生改变， 经过A/D转换器将电压信号转换为数字信号送往控制器，从而实现对热电阻信号的测量。图2为采用单恒流源法测量热电阻信号的系统电路原理图。热电阻Rt通过三条 导线连接到测量系统。恒流源提供恒定大小的电流流经热电阻Rt产生与热电阻阻值大小 成正比的电压信号，该电压信号经过A/D转换器转换为数字信号送往控制器，实现对热电 阻信号的测量。然而，通过专利技术人的研究发现，现有的两种热电阻信号测量方法至少存在以下缺 陷(1)电桥法的缺点电桥的输出电压与热电阻信号之间不是线性关系，因此测量存在非线性误差；当热电阻两端存在共模干扰电压时，电桥的输出电压将包含共模干扰电压的成 分，使测量精度降低，因此该测量方法的抗共模干扰能力差。(2)单恒流源法的缺点为了不使系统的测量精度受导线电阻的影响，需要专门的消线阻电路，增加了系 统的成本；系统的测量精度取决于恒流源的精度，因此对恒流源的性能要求较高。可见，现有技术中的热电阻信号测量方法普遍存在测量精度低，准确性较差的问 题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供一种热电阻信号的测量系统，以便提高测量热电阻信号的准确性。本专利技术实施例提供一种热电阻信号的测量系统，所述系统包括第一恒流源和第 二恒流源、飞电容、模/数转换器、精密电阻、控制器、设置在所述飞电容与热电阻之间且连 接所述第一恒流源和第二恒流源的充电控制单元及设置在所述模/数转换器与飞电容之 间的连接控制单元；所述热电阻通过三线制方式进行引线连接，所述引线包括第一引线、第二引线和 第三引线，其中，所述第三引线接地；所述热电阻通过所述第一引线、第二引线、经过所述充 电控制单元分别连接所述飞电容的第一极板和第二极板；所述充电控制单元用于在第一充电周期对所述飞电容进行第一次充电，在第二次 充电周期对所述飞电容进行第二次充电；所述连接控制单元用于分别在所述第一次充电和第二次充电结束之后，连接所述 模/数转换器与所述飞电容的第一极板和第二极板，使所述模/数转换器将所述飞电容两 极板间存储的电压信号转换为第一数字信号和第二数字信号；所述精密电阻的第一端接地，第二端连接所述模/数转换器，且所述精密电阻的 第二端通过所述充电控制单元连接所述第一恒流源和第二恒流源，则所述充电控制单元还 用于，控制所述第一恒流源和第二恒流源输出的电流合并流经所述精密电阻，为所述模/ 数转换器提供参考电压；所述控制器用于根据所述第一数字信号和第二数字信号获得热电阻信号的最终 测量结果。优选的，所述充电控制单元包括设置于所述第一恒流源和飞电容第一极板之间的第一开关、设置于所述第二恒流 源和飞电容第二极板之间的第二开关；当所述第一开关和第二开关闭合时，所述第一恒流 源和第二恒流源对所述飞电容进行第一次充电；设置于所述第一恒流源和飞电容第二极板之间的第三开关、设置于所述第二恒流 源和飞电容第一极板之间的第四开关；当所述第三开关和第四开关闭合时，所述第一恒流 源和第二恒流源对所述飞电容进行第二次充电；以及，设置于所述第一恒流源和第二恒流源之间、连接所述第一恒流源的第五开 关和连接所述第二恒流源的第六开关；当所述第五开关和第六开关闭合时，所述第一恒流 源和第二恒流源输出的电流合并流经所述精密电阻，为所述模/数转换器提供参考电压。优选的，所述系统还包括设置于所述第一引线上与所述第一开关连接的第七开关；设置于所述第二引线上 与所述第二开关连接的第八开关；以及，设置于所述第三引线上连接地端的第九开关。优选的，所述系统还包括连接所述第一开关和所述飞电容的第一极板、且连接所述第四开关和所述飞电容 的第一极板的第十开关，以及，连接所述第二开关和所述飞电容的第二极板、且连接所述第 三开关和所述飞电容的第二极板的第十一开关。优选的，所述连接控制单元包括设置于所述飞电容的第一极板与所述模/数转换器之间的第十二开关，以及，设置于所述飞电容的第二极板与所述模/数转换器之间的第十三开关。优选的，所述系统还包括单位增益放大器，所述单位增益放大器的正向输入端连接所述第十二开关，所述 单位增益放大器的负向输入端连接输出端，所述输出端连接所述模/数转换器。优选的，所述单位增益放大器为运算放大器，用于使所述模/数转换器在对所述 飞电容存储的电压信号进行转换的时间内，所述飞电容上的泄漏电流维持在测量精度要求 的范围内。优选的，所述第一恒流源和第二恒流源的电流值相等。优选的，所述开关为模拟开关。同现有技术相比，本专利技术提供的技术方案通过第一恒流源和第二恒流源对飞电容 进行两次充电，使得最终的测量结果与导线电阻无关，能够消除导线电阻对测量结果的影 响；并且，测量结果与热电阻信号成正比，因此本专利技术的测量方法无非线性误差；其次，通过精密电阻提供模/数转换器的参考电压，能够消除恒流源精度对测量 结果的影响；此外，当热电阻两端存在共模干扰时，热电阻两端叠加有大小和方向均相同的干 扰电压，而通过第一恒流源和第二恒流源对飞电容进行两次充电过程中，热电阻的两端分 别与飞电容的两端连接，因此干扰电压信号不会存储在飞电容Cf上，由此，本专利技术提供的 热电阻信号的测量系统抗共模干扰能力很强。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中 所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实 施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图 获得其他的附图。图1为现有技术中采用电桥法测量热电阻信号的系统电路原理图；图2为现有技术中采用单恒流源法测量热电阻信号的系统电路原理图；图3为本专利技术实施例提供的一种热电阻信号的测量系统结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的一种实现单通道热电阻信号测量的系统电路原理图；图5为本专利技术实施例提供的一种实现多通道热电阻信号测量的系统电路原理图。具体实施例方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热电阻信号的测量系统，其特征在于，所述系统包括：第一恒流源和第二恒流源、飞电容、模／数转换器、精密电阻、控制器、设置在所述飞电容与热电阻之间且连接所述第一恒流源和第二恒流源的充电控制单元及设置在所述模／数转换器与飞电容之间的连接控制单元；所述热电阻通过三线制方式进行引线连接，所述引线包括第一引线、第二引线和第三引线，其中，所述第三引线接地；所述热电阻通过所述第一引线、第二引线、经过所述充电控制单元分别连接所述飞电容的第一极板和第二极板；所述充电控制单元用于在第一充电周期对所述飞电容进行第一次充电，在第二次充电周期对所述飞电容进行第二次充电；所述连接控制单元用于分别在所述第一次充电和第二次充电结束之后，连接所述模／数转换器与所述飞电容的第一极板和第二极板，使所述模／数转换器将所述飞电容两极板间存储的电压信号转换为第一数字信号和第二数字信号；所述精密电阻的第一端接地，第二端连接所述模／数转换器，且所述精密电阻的第二端通过所述充电控制单元连接所述第一恒流源和第二恒流源，则所述充电控制单元还用于，控制所述第一恒流源和第二恒流源输出的电流合并流经所述精密电阻，为所述模／数转换器提供参考电压；所述控制器用于根据所述第一数字信号和第二数字信号获得热电阻信号的最终测量结果。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王常力，史洪源，周有铮，虞日跃，
申请(专利权)人：杭州和利时自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]