一种高精度温度测量装置及测量方法

摘要

本发明提供一种高精度温度测量装置及其测量方法。该装置包括：低漂移电压参考电路部分，由高精度电压基准和微调滑动变阻器组成，为测量隔离电路部分提供低漂移的基准电压；测量隔离电路部分，由高精度放大器和精密电阻组成，用于为铂电阻温度传感器提供恒流源；铂电阻温度传感器，采用四线制接法，两条连接到测量隔离电路部分作为动力引线，另外两条连接到精密仪表放大电路部分作为传感引线；精密仪表放大电路部分，由精密仪表放大器和精密电阻组成，通过改变精密电阻阻值，来控制精密仪表放大器的增益。本发明通过精密仪表放大器实现对铂电阻温度传感器的高精度四线制温度测量，适用于低成本、高精度、稳定性和一致性好的精密温度测量领域。

权利要求

1.一种高精度温度测量装置，其特征在于，包括：低漂移电压参考电路部分、测量隔离电路部分、铂电阻温度传感器和精密仪表放大电路部分，所述低漂移电压参考电路部分，由高精度电压基准和微调滑动变阻器组成，为所述测量隔离电路部分提供低漂移的基准电压；

所述测量隔离电路部分，由高增益且补偿电压接近零的高精度放大器和精密电阻组成，用于为铂电阻温度传感器提供恒流源；

所述铂电阻温度传感器，采用四线制接法，其中，两条引线电阻连接到所述测量隔离电路部分作为动力引线，另外两条引线电阻连接到精密仪表放大电路部分作为传感引线；

所述精密仪表放大电路部分，由精密仪表放大器和精密电阻组成，将铂电阻温度传感器的两条传感引线连接到所述精密仪表放大器，通过改变精密电阻阻值，来控制精密仪表放大器的增益。

2.如权利要求1所述的高精度温度测量装置，其特征在于，所述低漂移电压参考电路-6部分提供的基准电压的漂移低于10×10 /℃。

3.如权利要求1所述的高精度温度测量装置，其特征在于，所述精密仪表放大器输入阻抗足够高，保证输入端没有电流流过。

4.一种高精度温度测量装置的测量方法，其特征在于，是所述权利要求1～3中任意一项所述的高精度温度测量装置的测量方法，包括如下步骤：

1)将低漂移电压参考电路部分、测量隔离电路部分、铂电阻温度传感器和精密仪表放大电路部分进行连接之后，测量构成所述精密仪表放大电路部分的精密仪表放大器电压输出电压Vout；

2)根据所述精密仪表放大器的增益G，计算得到铂电阻温度传感器两端的电压：V＝Vout/G；

3)通过欧姆定律计算得到铂电阻温度传感器的阻值Rt＝V/I，其中，I为恒流源电流，然后通过查询铂电阻温度传感器的阻值与温度的关系分度表得到精确的温度值。

说明书

一种高精度温度测量装置及测量方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种温度测量装置，特别涉及一种利用铂电阻进行四线制温度测量的高精度温度测量装置及其测量方法。

背景技术

[0002] 铂电阻温度传感器是利用金属铂的电阻值会随着温度高低不同而发生相应变化这一物理特性进行温度测量，具有很好的重现性和稳定性，并且温度范围广，可以达到-200～650℃，广泛应用于工业测温以及航空航天精密温度测量领域，并且被制成标准温度计供计量和校准使用，因此对铂电阻温度传感器的温度测量装置要求其具有高精度、高稳定性和多路一致性等特点。

[0003] 目前多数铂电阻温度测量装置采用两线制不平衡电桥技术，通过电压源进行供电。采用这种两线制测温方法进行设计的缺点是铂电阻两端电压与连接铂电阻的引线电压共同构成铂电阻温度传感器的输出电压值，由于导线电阻带来的附加误差使得实际测量电压值偏高，因此该测量装置导线不宜过长，且只能用于测温精度要求不高的场合。

[0004] 目前一种改进的铂电阻温度测量装置采用三线制不平衡电桥技术，将铂电阻作为电桥的一个桥臂电阻，桥臂两端各分别连接铂电阻的两根引线，铂电阻的另外一根引线连接到电压测量装置，这样消除了引线电阻带来的测量误差，但该电桥必须为全等臂电桥，且引出的三根导线截面积和长度均相同，否则不会完全消除导线电阻的影响。

[0005] 目前另一种改进的铂电阻温度测量装置采用四线制测量技术，铂电阻两条引线提供恒定电流，通过另两条引线测量铂电阻两端的电压降，通过一级差动放大电路和一级单双极转换放大器实现对铂电阻两端的电压测量。这种方法完全消除了铂电阻引线带来的误差，但缺点是三个放大器级联造成测量精度难以控制，增大了输入电压偏移量和输入噪声，并且采用三个精密运算放大器增加了电路成本和电路面积，且多路一致性不好。

发明内容

[0006] 为了解决上述三种通用的温度测量装置存在的问题，本发明的目的在于提供一种高精度温度测量装置及其测量方法，通过精密仪表放大器实现了对铂电阻温度传感器的高精度四线制温度测量，适用于低成本、高精度、稳定性和一致性好的精密温度测量领域。

[0007] 为了实现上述目的，本发明提供一种高精度温度测量装置，包括：低漂移电压参考电路部分、测量隔离电路部分、铂电阻温度传感器和精密仪表放大电路部分。

[0008] 所述低漂移电压参考电路部分，由高精度电压基准和微调滑动变阻器组成，为所-6述测量隔离电路部分提供低漂移的基准电压，电压漂移低于10×10 /℃；

[0009] 所述测量隔离电路部分，由高增益且补偿电压接近零的高精度放大器和精密电阻组成，用于为铂电阻温度传感器提供恒流源；

[0010] 所述铂电阻温度传感器，采用四线制接法，其中，两引线电阻连接到所述测量隔离电路部分作为动力引线，另外两引线电阻连接到精密仪表放大电路部分作为传感引线；

[0011] 所述精密仪表放大电路部分，由精密仪表放大器和精密电阻组成，将铂电阻温度传感器的两条传感引线连接到所述精密仪表放大器，通过改变精密电阻阻值，即可控制精密仪表放大器的增益。这里，所述精密仪表放大器的输入阻抗要求足够高，保证输入端没有电流流过。

[0012] 另外，本发明还提供一种高精度温度测量装置的测量方法，包括如下步骤：

[0013] 1)将低漂移电压参考电路部分、测量隔离电路部分、铂电阻温度传感器和精密仪表放大电路部分进行连接之后，测量构成所述精密仪表放大电路部分的精密仪表放大器电压输出电压Vout；

[0014] 2)根据所述精密仪表放大器的增益G，计算得到铂电阻温度传感器两端的电压：V＝Vout/G；

[0015] 3)通过欧姆定律计算得到铂电阻温度传感器的阻值Rt＝V/I，其中，I为恒流源电流，然后通过查询铂电阻温度传感器的阻值与温度的关系分度表得到精确的温度值。

[0016] 这里，由于铂电阻温度传感器通过两条动力引线串联于恒流源中，电流恒定，因此通过欧姆定律即可得到铂电阻温度传感器的阻值，又由于铂电阻温度传感器的阻值随温度变化而变化，通过查询铂电阻温度传感器的阻值与温度的关系分度表，即可得到精确的温度值。

[0017] 本发明的一种高精度温度测量装置及测量方法的有益效果在于：适用于低成本、高精度、稳定性和一致性好的精密温度测量领域。为了满足多方面的需求，对通用的三种温度测量装置进行了优化改进设计，通过精密仪表放大器实现了对铂电阻温度传感器的高精度四线制温度测量，使该温度测量装置的精度更高、稳定性和多路一致性更好，且降低了成本，应用范围更加广泛。

附图说明

[0018] 图1是本发明的高精度温度测量装置的组成框图。

[0019] 图2是本发明的高精度温度测量装置的电连接示意图。

[0020] 图3是本发明的高精度温度测量装置的测量方法的流程图。

具体实施方式

[0021] 下面结合附图和具体实施方案对本发明的一种高精度温度测量装置及其测量方法进行详细的说明。

[0022] 图1是表示本发明的一种高精度温度测量装置的组成框图。如图1所示，本发明的高精度温度测量装置，主要由低漂移电压参考电路部分、测量隔离电路部分、铂电阻温度传感器和精密仪表放大电路部分组成。

[0023] 低漂移电压参考电路部分，由高精度电压基准和微调滑动变阻器组成，为所述测量隔离电路提供低漂移的基准电压；

[0024] 测量隔离电路部分，由高增益且补偿电压接近零的高精度放大器和精密电阻组成，用于为铂电阻温度传感器提供恒流源；

[0025] 铂电阻温度传感器，采用四线制接法，其中，两条引线电阻连接到所述测量隔离电路作为动力引线，另外两条引线电阻连接到精密仪表放大电路作为传感引线。

[0026] 精密仪表放大电路部分，由精密仪表放大器和精密电阻组成，将铂电阻温度传感器的两条传感引线连接到精密仪表放大器，通过改变精密电阻阻值，即可控制精密仪表放大器的增益。这里，精密仪表放大器的输入阻抗要求足够高，保证输入端没有电流流过。

[0027] 图2是构成本发明的一种高精度温度测量装置的电连接示意图。如图2所示，低漂移电压参考电路部分由高精度电压基准和微调滑动变阻器组成，保证电压漂移不超过-610×10 /℃。测量隔离电路部分由高增益且补偿电压接近零的高精度放大器和精密电阻R1、R2组成，低漂移电压参考电路和测量隔离电路共同为铂电阻温度传感器Rt提供恒流源。

[0028] 此外，该高精度温度测量装置，采用四线制铂电阻测温，Rx1、RX2、Rx3、Rx4为铂电阻温度传感器的四个引线电阻，其中，Rx1和Rx3属于动力引线，负责将铂电阻温度传感器连接到恒流源，Rx2和Rx4属于传感引线，负责将电阻温度检测器的电压连接到精密仪表放大器。这样可将负责驱动铂电阻温度传感器的恒流电源和测温电路两者分开，由于精密仪表放大器的输入阻抗足够高，即输入端没有电流流过，则A、B两端电压即为铂电阻温度传感器Rt两端电压，与引线电阻Rx2和Rx4无关，即使Rx1和Rx3引线电阻出现压降也不会影响测量电压的准确性，温度测量精度达到0.1℃以下。

[0029] 精密仪表放大电路部分由精密仪表放大器和精密电阻Rg组成，通过改变精密电阻Rg的阻值，即可控制精密仪表放大器的增益。本发明之所以采用精密仪表放大电路代替现有的差动放大电路与单双极转换放大器的组合，主要是因为基本的差动放大电路精密度较差，且差动放大电路在变更放大增益时，需要同时调节两个差动放大器的电阻，造成其精确度难以控制。同时，现有的由三个放大器共同组成的放大电路，由于两个差动放大器的输出共同作为后一级单双极转换放大器的输入，导致输入电压偏移和输入噪声为精密仪表放大器的 倍，因此，本发明采用精密仪表放大器对铂电阻两端电压进行测量放大，不仅节省了器件，减小了电路面积，而且节约了电路成本。

[0030] 另外，图3是本发明的高精度温度测量装置的测量方法的流程图，如图3所示，本发明的高精度温度测量装置的测量方法，包括如下步骤：

[0031] 1)将低漂移电压参考电路部分、测量隔离电路部分、铂电阻温度传感器和精密仪表放大电路部分进行连接之后，测量构成所述精密仪表放大电路部分的精密仪表放大器电压输出电压Vout；

[0032] 2)根据所述精密仪表放大器的增益G，计算得到铂电阻温度传感器两端的电压：V＝Vout/G；

[0033] 3)通过欧姆定律计算得到铂电阻温度传感器的阻值Rt＝V/I，其中，I为恒流源电流，然后通过查询铂电阻温度传感器的阻值与温度的关系分度表得到精确的温度值。

[0034] 这里，由于铂电阻温度传感器通过两条动力引线串联于恒流源中，电流恒定，因此通过欧姆定律即可得到铂电阻温度传感器的阻值，进而由于铂电阻温度传感器的阻值随温度变化而变化，通过查询铂电阻温度传感器的阻值与温度的关系分度表，即可得到精确的温度值。

[0035] 综上所述，本发明的高精度温度测量装置不仅克服了以往的两线制和三线制不平衡电桥电路中由引线电阻引起的测量误差，也弥补了自制差动放大电路和单双击转换放大器级联造成的精度控制困难、输入电压偏移和输入噪声大等缺陷。本发明通过精密仪表放大电路对铂电阻温度传感器进行四线制测温，具有更高的精度、更好的稳定性和多路一致性，是一种具有创新性的优化设计的温度测量装置，满足了高精度温度测量的需要，应用十分广泛。