一种宽量程高精度的铂电阻温度测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及工业生产过程检测领域，特别是涉及一种宽量程高精度的Ptioo 铂电阻温度测量装置。
【背景技术】
[0002] 温度是工业生产过程中非常重要的测量参数，温度测量和控制的准确性直接影响 产品生产和产品质量。随着测量技术的发展，对温度测量精度的要求也越来越高。铂电阻 温度传感器因具有精度高、线性度好、响应速度快等诸多优点，被作为工业精密测量系统中 广泛使用的理想测温元件。
[0003] -30-300 °C是科学研宄和工业生产最常用的温度范围，随着科学研宄和工业生产 对温度测量精度和分辨率要求的提高，具有高分辨率、高精度的温度测量方法的研宄、相关 高分辨率、高精度测温仪器的研发已收到广泛的关注。标准铂电阻温度计作为1990年国际 温标（ITS- 90)规定的内插测温仪器，是-30-300°C温度段内测温准确度最高的测温仪器。 铂电阻作为温度敏感元件，是铂电阻温度计的核心部件。PtlOO铂电阻作为精密测温常用的 传感器具有性能稳定、重复性好、误差小等优点。将铂电阻随温度变化而产生的阻值变化转 换为可被进一步处理的电压信号的方法通常由两种：电桥法和恒流源法。电桥法固有的非 线性会在测温系统中引入系统误差；恒流源法具有很好的线性度并且结构简单，但是，由于 恒流源的稳定性问题，会引入随机误差。本实用新型采用比例测量原理消除恒流源稳定性 造成的随机误差，采用分段测量的方法在-30-300°C范围内进行高精度测量。 【实用新型内容】
[0004] 为了解决上述问题，本实用新型提供了一种宽量程高精度的铂电阻温度测量装 置。
[0005] 本实用新型所采用的技术方案是：
[0006] 测量装置由恒流源驱动电路、串联标准电阻、反馈电阻及切换装置、仪用放大电路 和A/D采样电路构成。恒流源驱动电路产生的恒流源流过串联的铂电阻和标准电阻产生二 个电压，经仪用放大电路放大后的电压差供A/D采样电路进行采样。
[0007] (1)恒流源驱动电路
[0008] 以LM134作为恒流源的核心器件，分别设置三个不同阻值的反馈电阻（分别为 4. 99K、6. 99K、10K)使其能够输出0. 5mA，0. 7mA，1mA三种恒流。恒流源是铂电阻测温电路中 的关键模块，其功能是将铂电阻温度传感器感知的随温度变化的电阻信号转换成可测量的 电压信号。
[0009] (2)串联标准电阻
[0010] 标准电阻是精度为〇. 01 %的250D线绕电阻，其温度稳定性为5ppm/°C。
[0011] (3)反馈电阻及切换装置
[0012] 切换装置包括继电器、继电器驱动器、控制器MCU、键盘、显示器，三个不同阻值的 反馈电阻的切换由信号继电器完成。信号继电器由控制器MCU通过继电器驱动器进行控 制。-30-80°C范围采用1mA的测试电流、80-190°C范围采用0. 7mA测试电流、190-300°C范 围采用0. 5mA的测试电流。
[0013] (4)仪用放大电路
[0014] 采用二个INA114作为铂电阻和标准电阻的信号放大电路的核心器件。对铂电阻 的电压降放大100倍，对标准电阻的电压降放大40倍。
[0015] (5)A/D采样电路
[0016] 用TI公司的24位AD转换器ADS1247对INA114的输出电压进行模数转换。 ADS1247的输入范围是0-5V，那么，在理论上，在-30-80 °C范围内的温度分辨率可达到 0. 001°C。
[0017] 工作过程是：控制器MCU根据键盘的输入信息，发起一次温度测量。MCU首先控制 信号继电器，使LM134输出1mA的电流；然后，采集铂电阻对应的INA114的输出信号电压， 如果达到5V，则驱动继电器切换LM134的反馈电阻，直到铂电阻对应的INA114的输出电压 低于5V;进而同时采集铂电阻和标准电阻对应的INA114的输出的电压信号。该装置的测 量精度可达到0. 03 °C，最大的温度分辨率为0. 003 °C。
[0018] 本实用新型的有益技术效果是：温度测量装置具有量程宽、精度高特点，不但可以 用于工业生产和科学研宄过程中的高精度温度测量，也可作为计量标准。
【附图说明】
[0019] 图1是宽量程高精度温度测量装置。
[0020] 图2是比例测量原理示意图。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图对本实用新型装置的【具体实施方式】做进一步说明。
[0022] 恒流源输出电流的不稳定是造成基于恒流源的铂电阻温度测量误差的主要来源， 采用比例测量的方法来消除恒流源电流强度的波动。其原理如图2所示：将PtlOO与高精 度标准电阻串联。设某一时刻，恒流源输出的电流强度为Ia，那么，在PtlOO上形成铂电阻 电压降Up=Rp*Ia，在标准电阻上形成标准电阻电压降Us=Rs*Ia，同时采集铂电阻和标准 电阻的电压降，并将电压降比值进行相除操作，则比值l=US/Up=Rp/Rs，就可以消除电流 源不稳定造成的随机误差。
[0023] 根据比例测量和分段测量的原理，设计了宽量程高精度的铂电阻温度测量装置， 其结构及主要元器件型号如图1所示。铂电阻为四线制A级PtlOO。以LM134作为恒流源的 核心器件，分别设置三个不同阻值的反馈电阻使其能够输出0. 5mA，0. 7mA，1mA三种恒流。 电阻的切换由信号继电器完成，信号继电器由MCU通过继电器驱动器进行控制。-30-80°C 范围采用1mA的测试电流、80-190°C范围采用0. 7mA测试电流、190-300°C范围采用0. 5mA 的测试电流。标准电阻是精度为〇. 01%的线绕电阻，其温度稳定性为5ppm/°C。
[0024] 采用INA114作为铂电阻和标准电阻的信号放大电路的核心器件。对铂电阻的电 压降放大100倍，对标准电阻的电压降放大40倍。以-30-80°C为例，当采用1mA测试电流 时，铂电阻两端的电压降范围为88. 22-130. 9mV，放大100倍后，电压范围为8. 822-13. 09V。 在INA114的REF端，输入-8. 192V的电压，则INA114的输出电压范围为0. 63-4. 898V。
[0025] 用TI公司的24位AD转换器ADS1247对INA114的输出电压进行模数转换。 ADS1247的输入范围是0-5V，那么，在理论上，在-30-80 °C范围内的温度分辨率可达到 0.001°C。但是，由于ADS1247的稳定性和误差问题，实际的分辨率会低于理论分辨率。通 过在分辨率为0.oorc、精度为0.ore的低温和恒温油槽实验，该装置的测量精度可达到 0. 03°C，最大的温度分辨率为0. 003°C。
[0026] 本实用新型提供了一种宽量程高精度温度测量装置，不但可以用于工业生产和科 学研宄过程中的高精度温度测量，也可作为计量标准。
[0027] 以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可 以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的 其他改进和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种宽量程高精度的铂电阻温度测量装置，其特征在于，测量装置由恒流源驱动电 路、串联标准电阻、反馈电阻及切换装置、仪用放大电路和A/D采样电路构成；恒流源驱动 电路产生的恒流源流过串联的铂电阻和标准电阻产生二个电压，经仪用放大电路放大后的 电压差供A/D采样电路进行采样；恒流源驱动电路以LM134作为恒流源的核心器件，分别设 置三个不同阻值的反馈电阻使其能够输出〇. 5mA，0. 7mA，ImA三种恒流；串联标准电阻是精 度为0.01%的250Q线绕电阻，其温度稳定性为5ppm/°C;切换装置包括继电器、继电器驱 动器、控制器MCU、键盘、显示器；三个反馈电阻的切换由信号继电器完成，信号继电器由控 制器MCU通过继电器驱动器进行控制；采用二个INA114作为铂电阻电压降和标准电阻电压 降的信号放大电路的核心器件，对铂电阻的电压降放大100倍，对标准电阻的电压降放大 40倍；A/D采样电路用TI公司的24位AD转换器ADS1247对INAl14的输出电压进行模数 转换。
【专利摘要】本实用新型属于工业生产过程检测领域，具体涉及一种宽量程高精度的铂电阻温度测量装置。测量装置由恒流源驱动电路、串联标准电阻、反馈电阻及切换装置、仪用放大电路和A/D采样电路构成；恒流源驱动电路以LM134作为恒流源的核心器件；串联标准电阻是精度为0.01％的250Ω线绕电阻；三个反馈电阻的切换由信号继电器完成；采用二个INA114作为铂电阻和标准电阻电压降的信号放大电路的核心器件；A/D采样电路用TI公司的24位AD转换器ADS1247；切换装置包括继电器、继电器驱动器、控制器MCU、键盘、显示器。本实用新型装置可用于高精度温度测量。
【IPC分类】G01K7/25
【公开号】CN204630676
【申请号】CN201520172411
【发明人】潘丰, 刘婷
【申请人】江南大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月25日