本发明公开了一种温度的超高精度测量方法，由测温传感器和恒压源组成的电桥电路，将温度信号转化为一个拟合电容值F1，PD鉴相器单元锁相电压PDV1加至变容二极管D4上形成的拟合电容值F4，所有拟合电容值串并联形成一个总的拟合电容值F；将拟合电容值F连接至VCO单元，由电容C2加至PD鉴相器单元作为其中一路待比较的频率信号，并与基准晶振及CPU、SCL和SDA通信线所设置的另一路频率信号进行比较，最终产生一个稳定的锁相电压PDV1，PDV1与基础电压值PDV0的差值为PDV测量值，将测量值送入CPU内进行处理，转换为真实的温度值，用于显示或通信。本发明解决了非线性、温飘、突发性的干扰及开环控制技术的不确定性漂移问题，实现了对温度的超高精度测量。
1.一种温度的超高精度测量方法，其特征在于：由测温传感器和恒压源组成的电桥电路，将温度信号转换为毫伏级电压信号，加至变容二极管D1上，转化为一个拟合电容值F1，PD鉴相器单元锁相电压PDV1加至变容二极管D4上形成的拟合电容值F4，所有拟合电容值串并联形成一个总的拟合电容值F；将拟合电容值F连接至VCO单元，由电容C2加至PD鉴相器单元作为其中一路待比较的频率信号，并与基准晶振及CPU、SCL和SDA通信线所设置的另一路频率信号进行比较，当前者高于后者时，锁定电压PDV1降低，加至变容二极管D4上电压降低，拟合电容值F4及总的拟合电容值F降低，导致VCO输出的频率信号降低，即由电容C2输入 PD鉴相器单元的输入频率信号降低；反之，锁定电压PDV1升高，由电容C2输入至PD鉴相器单元的频率信号升高；升高或降低的频率直至与PD鉴相器单元的当前设置频率相等，最终产生一个稳定的锁相电压PDV1，PDV1与基础电压值PDV0的差值为PDV测量值，将测量值送入 CPU内进行处理，转换为真实的温度值，用于显示或通信，所述所有拟合电容值还包括由原子钟为核心的校准电路传送过来的校准电压形成拟合电容值F2，或由康铜丝或镍锰电桥校正电路产生的校正电压信号加至变容二极管D3上形成的拟合电容值F3，所述原子钟为核心的校准电路，传送的校正电压用于校正与VCO连接的变容二极管D1～D4，形成的总体电容F零点值；以进一步地校准获得的PDV测量值，从而得到PDV测量值及由此运算的超高精度及分辨率的温度值；传送的校正电压还用于校正A/D模数转换器单元的参考电压，以及各级供电单元；将原子钟送来的校正电压依次送到待校准的各电压单元，利用电荷泵及电压调整原理对待校准电压进行校准，进一步提高测量温度值的精度、分辨率，所述基础电压值PDV0 为脱开加至变容二极管D1上的温度信号，此时在电路上获得的一个稳定的锁相电压。
2.根据权利要求1所 述的温度的超高精度测量方法，其特征在于：所述脱开是指利用开关的断开实现部分电路从总电路中脱离。
3.根据权利要求1所述的温度的超高精度测量方法，其特征在于：所述PDV测量值连接至A/D单元转换为数字信号传送到CPU处理器，由预先设置的校准系数进行校正后，转换为真实的温度值，而后由与CPU连接的显示模块显示，或由通讯模块与外部通信。
4.根据权利要求1所述的温度的超高精度测量方法，其特征在于：所述变容二极管、晶振、VCO均采用恒温槽或温补电路。
一种温度的超高精度测量方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种温度的测量方法，尤其涉及一种温度的超高精度测量方法。
背景技术
[0002] 温度测量特别是超高精度的温度测量技术，在测量仪器、工业控制、医疗仪器以及深空探测等领域有着广泛的应用。无论在产品本身的嵌入方面的应用，还是在产品的研发制造过程的精度、分辨率、重复性等方面的校准和标定应用，温度测量仪都发挥着重要的作用。传统的温度测量仪，采用温度传感器再加上运放、A/D转换以及基准电压模块和CPU处理器等，由于温飘、器件漂移因素和器件或电路的非线性因素影响，导致温度测量仪的精度、分辨率等指标很难做到超高的指标，而且生产的产品一致性不高。尽管现在在温度测量仪运用了锁相放大器测量技术，其精度及分辨率有较大的提高，但是锁相放大器是采用开环锁相鉴相技术来测量温度信号，依然会受到非线性、温飘、突发性的干扰及开环控制技术的不确定性漂移影响，导致精度及分辨率依然提高不到超高指标的目标。
发明内容
[0003] 本发明目的是克服现有技术存在的上述缺点，提供一种温度的超高精度测量方法。
[0004] 为实现上述目的，本发明所采用的技术手段是：一种温度的超高精度测量方法，由测温传感器和恒压源组成的电桥电路，将温度信号转换为毫伏级电压信号，加至变容二极管D1上，转化为一个拟合电容值F1，PD鉴相器单元锁相电压PDV1加至变容二极管D4上形成的拟合电容值F4，所有拟合电容值串并联形成一个总的拟合电容值F；将拟合电容值F连接至VCO单元，由电容C2加至PD鉴相器单元作为其中一路待比较的频率信号，并与基准晶振及CPU、SCL和SDA通信线所设置的另一路频率信号进行比较，当前者高于后者时，锁定电压PDV1降低，加至变容二极管D4上电压降低，拟合电容值F4及总的拟合电容值F降低，导致VCO输出的频率信号降低，即由电容C2输入PD鉴相器单元的输入频率信号降低；反之，锁定电压PDV1升高，由电容C2输入至PD鉴相器单元的频率信号升高；升高或降低的频率直至与PD鉴相器单元的当前设置频率相等，最终产生一个稳定的锁相电压PDV1，PDV1与基础电压值PDV0的差值为PDV测量值，将测量值送入CPU内进行处理，转换为真实的温度值，用于显示或通信。
[0005] 进一步的，所述所有拟合电容值还包括由原子钟为核心的校准电路传送过来的校准电压形成拟合电容值F2，或由康铜丝或镍锰电桥校正电路产生的校正电压信号加至变容二极管D3上形成的拟合电容值F3。
[0006] 更进一步的，所述原子钟为核心的校准电路，传送的校正电压用于校正与VCO连接的变容二极管D1～D4，形成的总体电容F零点值；以进一步地校准获得的PDV测量值，从而得到PDV测量值及由此运算的超高精度及分辨率的温度值；传送的校正电压还用于校正A/D模数转换器单元的参考电压，以及各级供电单元；将原子钟送来的校正电压依次送到待校准的各电压单元，利用电荷泵及电压调整原理对待校准电压进行校准，进一步提高测量温度值的精度、分辨率。
[0007] 进一步的，所述基础电压值PDV0为脱开加至变容二极管D1上的温度信号，此时在电路上获得的一个稳定的锁相电压。
[0008] 更进一步的，所述脱开是指利用开关的断开实现部分电路从总电路中脱离。
[0009] 进一步的，所述PDV测量值连接至A/D单元转换为数字信号传送到CPU处理器，由预先设置的校准系数进行校正后，转换为真实的温度值，而后由与CPU连接的显示模块显示，或由通讯模块与外部通信。
[0010] 进一步的，所述变容二极管、晶振、VCO均采用恒温槽或温补电路。
[0011] 本发明的有益效果是：解决了现有技术中存在的非线性、温飘、突发性的干扰及开环控制技术的不确定性漂移影响问题，进一步提高了测量的精度及分辨率，实现了对温度的超高精度测量。
附图说明
[0012] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0013] 图1 是本发明的电路原理图；
[0014] 图2为本发明的校准电路原理图。
具体实施方式
[0015] 如图1所示，本温度测量仪以温度传感器、VCO和变容二极管D1～D4、鉴相器PD、A/D模数转换器、处理器CPU为核心，还可包括校正电路、恒压源、相对测量电路以及处理器的外围电路。工作流程为，先经铂电阻或其它测温传感头、恒压源组成的电桥电路，其温度传感头反应的温度信号转换为一定的毫伏级电压信号通过开关K2加至变容二极管D1上，并转化为一定量值的电容值F1，此电容值F1同时又通过电容C3连接变容二极管D2的拟合电容值F2，再通过电容C1连接变容二极管D3形成拟合电容值F3，锁相电压PDV1加至变容二极管D4上形成拟合电容值F4，最终通过电容串并联形成一个总的电容值F总。
[0016] 电容值F总加载至VCO单元，由C2加至鉴相器单元作为其中一路待比较的频率信号，并通过基准晶振及CPU、SCL和SDA通信线所设置的频率信号即另一路频率信号进行比较，前者高于后者时则锁定电压PDV1降低，加至变容二极管D4上电压降低则D4的拟合电容值降低，总的电容值F总降低，也就是VCO输出的频率信号降低，即由C2输入鉴相器的输入频率信号降低，反之则PDV1电压升高，由C2输入至PD鉴相器的频率信号升高，直至与鉴相器的当前设置频率相等，直至最终产生一稳定的锁相电压PDV1。
[0017] 此温度信号对应的变量信号、步进量达nV级甚至更低，并配合本锁相环的测量技术，锁相电压以负反馈及无限趋近的中值定律的形式，得到一个具有超高的精度、分辨率、重复性特性的PDV锁定电压值，同时依据此PDV锁定电压值获得的测量值及温度值具有超高的精度、分辨率、重复性特性。
[0018] 以上过程为开关K2合上的测量状态并由温度传感头反应的对应测量值PDV1。将开关K2断开，重复以上过程也可以获得一稳定的锁相电压PDV0，此PDV0即基础测量值。
[0019] PDV1-PDV0=PDV差，此PDV差再连接至A/D单元转换为数字信号传送到CPU处理器，与出厂前的一些校准系数进一步校正后，再利用一定的函数及算法转换为真实的温度值，并显示或与外界通信。
[0020] 拟合电容F2容值由原子钟为核心的校准电路传送过来的校准电压所形成，拟合电容F1容值为各种测温传感头形成的电压信号加到变容二极管D1上所形成的，拟合电容F3容值为由康铜丝等组成的电桥校正电路产生的校正电压信号由开关K1加至变容二极管D3上所形成。
[0021] 如图2所示，由GPS的超高精度1pps或铷原子钟送至鉴相器作为其1路输入信号，与鉴相器的设置频率信号进行比较，由锁相环的原理，锁相电压以负反馈及无限趋近的中值定律的形式，得到一个具有超高的精度、分辨率、重复性特性的PDV锁定电压值，此PDV电压值去校正图1中的变容二极管基础零点值，以及对A/D单元的基准稳压源、各电源利用电荷泵及电压调整原理对待校准电压进行校准，以期得到对图1中锁相测量值的精度、分辨率、重复性和线性度进行进一步超高精度校正的目的。
[0022] 方案中变容二极管、晶振、VCO均采用恒温槽或温补电路设计，以达到进一步对温度测量值的精度、分辨率、重复性和线性度进行超高精度校正的目的。
[0023] 本申请实施例只是用于说明本申请所公开的技术特征，并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
