一种多通道温度测量系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种多通道温度测量系统，其特征在于，包括：多路温度传感器，所述温度传感器利用金属的电阻值随温度变化的特性，根据测量点温度的变化产生随温度变化的电阻值；多路信号调理电路，所述信号调理电路把所述随温度变化的电阻值转换成电压信号，并对所述电压信号进行放大、滤波；A／D转换电路，其把各路的所述电压信号分别转换成数字信号；微处理器，其对所述A/D转换电路进行配置和启动，并对所述数字信号进行处理。该系统方便、快捷、准确地测量了各监测点的温度，为分析测量结果提供了可靠而准确的依据。
【专利说明】一种多通道温度测量系统
【技术领域】
[0001]本实用新型主要涉及温度测量领域。特别的，涉及一种用于多点温度采集的多通道温度采集系统。
【背景技术】
[0002]在半导体测量设备中，内部环境温度监测是必不可少的一个环节。为了实现精确而稳定地对温度进行测量，工业上通常使用钼电阻传感器来对被测点进行测量。钼电阻温度传感器是利用金属钼的电阻值会随温度的变化而变化这一特性所制成的传感器，其精度高，稳定性好，应用温度范围广，是中低温区(-200?650°C)最常用的一种温度检测器，其被广泛应用于工业测温中。
[0003]钼电阻温度传感器被应用于多种测温仪器中，其接线形式多样，通常有两线式、三线式和四线式，其各具特点。
[0004]两线式:在该种连接方式中，传感器电阻变化值与连接导线电阻值共同构成传感器的输出值，由于导线电阻带来的附加误差使实际测量值偏高，因此该种连接方式用于测量精度要求不高的场合，并且导线的长度不宜过长。
[0005]三线式:该种连接方式要求从钼电阻中引出的三根导线截面积和长度均相同，测量钼电阻的电路一般采用不平衡电桥，钼电阻作为电桥的一个桥臂电阻，将一根导线接到电桥的电源端，其余两根分别接到钼电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，当桥路平衡时，导线电阻的变化对测量结果不会产生任何影响，这样就消除了导线线路上的电阻所带来的测量误差。但是该种连接方式要求电桥必须为全等臂电桥，否则就无法完全消除导线电阻的影响。采用三线制会大大减小导线电阻带来的附加误差，工业上一般都采用三线制接法。
[0006]四线式，当测量电阻数值很小时，测试线的电阻可能引入明显误差，四线式测量用两条附加测试线提供恒定电流，另两条测试线测量未知电阻的电压降，在电压表输入阻抗足够高的条件下，电流几乎不流过电压表，这样就可以精确测量未知电阻上的压降，通过计算可以得出钼电阻的电阻值。
[0007]钼电阻温度测量系统应用广泛，然而现有的很多测量电路常使用电桥法完成信号调理，由于其引入了非线性，使得信号的计算变得复杂，不易处理；此外，现有测量中还使用二线式钼电阻对温度进行测量，其通过增加环境温度检测来减小电阻引线电阻的误差，因此在使用前需要实施补偿校准，该方法不仅增加了电路设计的复杂性，而且增加了测试时间；在现有技术中，对通道进行选择时，通常使用外置多路模拟开关，该外置多路模拟开关需要与相关电路进行配合，增加了电路设计的复杂性。
实用新型内容
[0008]为了解决上述技术问题，本实用新型公开了一种多通道温度测量系统，其特征在于，包括:多路温度传感器，所述温度传感器利用金属的电阻值随温度变化的特性，根据测量点温度的变化产生随温度变化的电阻值；多路信号调理电路，所述信号调理电路把所述随温度变化的电阻值转换成电压信号，并对所述电压信号进行放大、滤波；A / D转换电路，其把各路的所述电压信号分别转换成数字信号；微处理器，其对所述A/D转换电路进行配置和启动，并对所述数字信号进行处理。
[0009]特别的，所述温度传感器为三线式的钼电阻传感器，从所述钼电阻传感器的第一端引出第一导线和第二导线，从所述钼电阻的第二端引出第三导线，所述第三导线与地相连接，所述三根导线的电阻率、截面积和长度均相同。钼电阻传感器的接线方式采用三线制，可以大大减小导线电阻带来的附加误差，满足工业应用需求。
[0010]特别的，所述信号调理电路包括:电阻-电压转换电路，其把所述随温度变化的电阻值转换成电压信号；信号放大电路，其对所述电压信号进行放大；滤波电路，其用于滤除所述电压信号中的高频信号。
[0011]特别的，所述电阻-电压转换电路包括:恒流源，其向所述钼电阻传感器提供恒定的电流；电压测量电路，其用于测量所述钼电阻上的电压降并输出所述电压信号，同时减小钼电阻引线电阻引入的误差。
[0012]特别的，所述恒流源包括第一运算放大器和第二运算放大器；其中，所述第一运算放大器的反相输入端通过第一电阻与地相连接，并且通过第二电阻与所述第一运算放大器的输出端相连接，所述第一运算放大器的正相输入端通过第三电阻与参考电压相连接；所述第二运算放大器的反相输入端与所述第二运算放大器的输出端相连接，并且通过第四电阻与所述第一运算放大器的正相输入端相连接，所述第二运算放大器的正相输入端通过第五电阻与所述第一运算放大器的输出端相连接。
[0013]特别的，根据所述参考电压或调节所述第五电阻来设定所述恒流源的输出电流值。
[0014]特别的，所述电压测量电路包括第三运算放大器；其中，所述第三运算放大器的反相输入端通过第六电阻与所述第一导线连接，通过第七电阻与所述第三运算放大器的输出端连接，所述第三运算放大器的正相输入端通过第八电阻与所述第二导线连接。
[0015]特别的，所述第一运算放大器、所述第二运算放大器和所述第三运算放大器是4路运放AD8630ARZ中的一路运算放大器。通过使用一个集成的运放芯片简化了电路的设计，有利于节省电路元器件的空间。
[0016]特别的，所述信号放大电路包括运放AD627 ;其中，所述参考电压经第九电阻和第十电阻分压后输入所述AD627放大器的反向输入端；所述AD627放大器的增益设定端之间连接第十一电阻，所述第十一电阻用于设定所述AD627放大器的放大倍数；所述AD627放大器的正向输入端通过第十二电阻与所述电阻-电压转换电路的输出端相连接，以接收所述电压信号。
[0017]特别的，所述AD627放大器的放大倍数最小为5倍。
[0018]特别的，所述滤波电路包括第四运算放大器；其中，所述第四运算放大器的反相输入端与所述第四运算放大器的输出端连接；所述第四运算放大器的正相输入端通过第十三电阻和第十四电阻与所述信号放大电路的输出端相连接，并且通过所述第十四电阻与所述第四运算放大器的输出端相连。
[0019]特别的，所述A / D转换电路包括芯片LTC1859，其根据所述微处理器的指令，把各路信号调整电路输出的所述电压信号分别转换成数字信号。
[0020]特别的，所述微处理器通过TCP / IP与上层计算机进行通信。
[0021]特别的，所述微处理器根据所述计算机指令，配置并控制所述A / D转换电路中的AD转换，采集所述转换后的数字信号，并对所述数字信号进行处理。
[0022]本专利提供了一套多通道温度测量系统，该系统方便、快捷、准确地测量了各监测点的温度，为分析测量结果提供了可靠而准确的依据。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]通过下文对结合附图所示出的实施例进行详细说明，本实用新型的上述以及其他特征将更加明显，本实用新型附图中相同或相似的标号表示相同或相似的步骤；
[0024]图1示出了根据本实用新型所公开的多通道温度测量系统的电气模块图；
[0025]图2示出了根据本实用新型所公开的电阻-电压转换电路的电路图；以及
[0026]图3示出了根据本实用新型所公开的信号放大电路和滤波电路的电路图。
【具体实施方式】
[0027]在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本实用新型一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本实用新型的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本实用新型的所有实施例。可以理解，在不偏离本实用新型的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本实用新型的范围由所附的权利要求所限定。
[0028]图1示出了根据本实用新型所公开的一个多通道温度测量系统100的电气模块框图。该多通道温度测量系统100包括多路热电阻传感器102、多路信号调理电路104、A / D转换电路106、微处理器108以及上层计算机110。其中，该多路信号调理电路104具体包括电阻-电压转换电路1041，信号放大电路1042以及滤波电路1043。
[0029]在模块102中具有多路热电阻传感器，各路热电阻传感器分别用于测量一个被测目标的温度。所述温度传感器利用金属的电阻值随温度变化的特性，根据测量点温度的变化产生随温度变化的电阻值，从而把温度的变化转换成电阻值的变化。在一个具体的实施例中，各路温度传感器都采用三线式的钼电阻传感器，从该钼电阻传感器一端引出的两根导线与后端电路(电阻-电压转换电路)相连接，另一端引出的另一导线接地，所述三根导线的电阻率、截面积和长度均相同。通过三线制的连接方式大大减小了导线电阻带来的附加误差，满足了工业应用对精度的需求。
[0030]在模块104中具有多路信号调理电路，每一路信号调理电路都分别与一路热电阻传感器相连接，用以把随温度变化的电阻值转换成电压信号，进而完成物理信号到电信号的转换。每路信号调理电路都分别包括电阻-电压转换电路、信号放大电路以及滤波电路，其中所述信号放大电路用于把经转换后的电压信号进行放大，所述滤波电路用于滤除所述经转换后的电压信号中的高频噪音。
[0031]图2示出了根据本实用新型所公开的一路热电阻传感器和一路电阻-电压转换电路连接的电路图，其中，当测量点的温度发生变化时，钼电阻Rt的电阻值会随温度的变化而变化。钼电阻Rt的一端引出两根导线Rtl和Rt2，其另一端引出另一根导线Rt3，导线Rt3直接接地。导线Rtl、Rt2、Rt3的电阻率、截面积和长度均相同，因此三根导线具有相同的电阻值。
[0032]在电阻-电压转换电路中包括一个恒流源电路和一个电压测量电路。该恒流源向钼电阻传感器提供恒定的电流，该电压测量电路用于测量所述钼电阻上的电压降并输出所述电压信号，同时减小钼电阻引线电阻引入的误差。
[0033]在一个具体的实施例中，该恒流源包括一个第一运算放大器UlA和一个第二运算放大器U1B，该第一运算放大器UlA的反相输入端通过电阻Rl与地相连接，并且该反相输入端通过电阻R2与该第一运算放大器UlA的输出端相连接，该第一运算放大器UlA的正相输入端通过电阻R3与参考电压Vref相连接。该第二运算放大器UlB的反相输入端与其输出端相连接，并且该反相输入端通过电阻R4与该第一运算放大器UlA的正相输入端相连接，第二运算放大器UlB的正相输入端通过电阻R5与所述第一运算放大器UlA的输出端相连接。第二运算放大器UlB的正相输入端与导线Rtl相连接。
[0034]在实际运用中，可以通过改变输入参考电压Vref或调节电阻R5的电阻值来调节恒流源输出电流的大小。另外，为了减小电阻失配对恒流源稳定性带来的影响，在选取R1-R4这四个电阻时，可对同批次精密电阻进行筛选，挑选阻值接近的4个电阻，具体实施中可以选取精度为0.1%，1ppm的等值精密电阻。本实用新型所公开的恒流源能够向钼电阻传感器提供恒定的电流。所述恒定的电流经由导线Rtl流入钼电阻RT中，通过测量钼电阻RT的电压降可以反映出钼电阻RT实际电阻值。
[0035]在图2中，所述电压测量电路包括第三运算放大器U1C，第三运算放大器UlC的反相输入端通过电阻R6与所述第一导线连接，以获得A点的电压值，该反相输入端通过电阻R7与所述第三运算放大器UlC的输出端连接，第三运算放大器UlC的正相输入端通过电阻R8与钼电阻的第二导线连接。电容Cl与电阻R7并联。在一个具体的实施例中，电阻R6的电阻值与电阻R7的电阻值相等，第三运算放大器UlC的输出电压为Vout=I*Rt，即UlC的输出是与钼电阻值成线性关系的电压信号，其中I是恒流源的电流值，Rt是钼电阻在测量点中的电阻值。在获得与钼电阻值成线性关系的电压信号之后，该电压信号被输入至信号放大电路中。
[0036]在一个具体的实施例中，所述第一运算放大器U1A、第二运算放大器UlB以及第三运算放大器UlC可以是4路运放AD8630ARZ中的一路运算放大器，通过使用一个集成的运放芯片简化了电路的设计，有利于节省电路元器件的空间。
[0037]图3示出了根据本实用新型所公开的一路信号放大电路和一路滤波电路相连接的电路图，其中，第三运算放大器UlC输出的电压信号通过电阻R12输入至运算放大器AD627的正相输入端中。AD627放大器的反向输入端通过电阻R9与参考电压Vref相连接，通过电阻RlO与地相连接，参考电压Vref经电阻R9和电阻RlO分压后输入所述AD627放大器的反向输入端。所述AD627放大器的增益设定端(端口 1、8)之间连接电阻R11，通过改变Rl I的电阻值，可以更改运算放大器AD627的放大倍数，所述运算放大器AD627的放大倍数最小为5倍。运算放大器AD627的输出端输出经放大的电压信号并通过电阻R13输入至滤波电路中。在一个具体的实施例中，放大电路对电压信号放大，转化为0-5伏的电压输出。本实用新型所公开的信号放大电路放大了电阻-电压转换电路所采集到的微小电压信号，有利于系统后端对信号数模转换的处理。
[0038]所述滤波电路采用二阶低通滤波电路，其包括一个第四运算放大器U1D，第四运算放大器UlD的反相输入端与输出相连接，正相输入端通过电阻R14和电阻R13与运算放大器AD627的输出端相连接，并且该正相输入端通过电容C3与地相连接，第四运算放大器UlD的输出端通过电容C4与电阻R13和电阻R14相连接。经过所述二阶低通滤波电路滤波的电压信号去除了电压信号中的高频信号，有利于系统后端对信号数模转换的处理。在一个具体的实施例中，所述滤波电路所设定的截止频率在1Hz以下。
[0039]在模块106中具有一个A / D转换电路,其把各路放大、滤波后的电压信号分别转换成数字信号。在一个具体的实施例中，所述A / D转换电路由芯片LTC1859来实现。该芯片的通道扫描速度可达ΙΟΟΚΗζ，并且支持8通道的信号输入，因此可以实现把8路电压信号转换成数字信号的功能。经转换后的数字信号发送给模块108进行处理。
[0040]在模块108中具有一个微处理器以处理经A / D转换电路转换后的数字信号，该微处理器与上层计算机模块I1相连接。在一个具体的实施例中，所述微处理器采用ARM7系列控制器LPC2478，其通过TCP / IP协议与上层计算机模块110进行通讯，根据上层计算机110的指令配置并启动A / D转换电路的转换。该微处理器接收A / D转换结果之后对数据进行处理，并通过TCP / IP协议上传至上层计算机端，从而完成温度采集与显示。
[0041]对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论如何来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，明显的，“包括”一词不排除其他元素和步骤，并且措辞“一个”不排除复数。装置权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
【权利要求】
1.一种多通道温度测量系统，其特征在于，包括: 多路温度传感器，所述温度传感器利用金属的电阻值随温度变化的特性，根据测量点温度的变化产生随温度变化的电阻值； 多路信号调理电路，所述信号调理电路把所述随温度变化的电阻值转换成电压信号，并对所述电压信号进行放大、滤波； A/D转换电路，其把各路的所述电压信号分别转换成数字信号； 微处理器，其对所述A/D转换电路进行配置和启动，并对所述数字信号进行处理。
2.根据权利要求1所述的温度测量系统，其特征在于，所述温度传感器为三线式的钼电阻传感器，从所述钼电阻传感器的第一端引出第一导线和第二导线，从所述钼电阻的第二端引出第三导线，所述第三导线与地相连接，所述三根导线的电阻率、截面积和长度均相同。
3.根据权利要求2所述的温度测量系统，其特征在于，所述信号调理电路包括: 电阻-电压转换电路，其把所述随温度变化的电阻值转换成电压信号； 信号放大电路，其对所述电压信号进行放大； 滤波电路，其用于滤除所述电压信号中的高频信号。
4.根据权利要求3所述的温度测量系统，其特征在于，所述电阻-电压转换电路包括: 恒流源，其向所述钼电阻传感器提供恒定的电流； 电压测量电路，其用于测量所述钼电阻上的电压降并输出所述电压信号，同时减小钼电阻引线电阻引入的误差。
5.根据权利要求4所述的温度测量系统，其特征在于，所述恒流源包括第一运算放大器和第二运算放大器；其中， 所述第一运算放大器的反相输入端通过第一电阻与地相连接，并且通过第二电阻与所述第一运算放大器的输出端相连接，所述第一运算放大器的正相输入端通过第三电阻与参考电压相连接； 所述第二运算放大器的反相输入端与所述第二运算放大器的输出端相连接，并且通过第四电阻与所述第一运算放大器的正相输入端相连接，所述第二运算放大器的正相输入端通过第五电阻与所述第一运算放大器的输出端相连接。
6.根据权利要求5所述的温度测量系统，其特征在于，所述电压测量电路包括第三运算放大器；其中， 所述第三运算放大器的反相输入端通过第六电阻与所述第一导线连接，通过第七电阻与所述第三运算放大器的输出端连接，所述第三运算放大器的正相输入端通过第八电阻与所述第二导线连接。
7.根据权利要求6中任一所述的温度测量系统，其特征在于:所述第一运算放大器、所述第二运算放大器和所述第三运算放大器是4路运放AD8630ARZ中的一路运算放大器。
8.根据权利要求3所述的温度测量系统，其特征在于，所述信号放大电路包括运放AD627 ;其中， 参考电压经第九电阻和第十电阻分压后输入所述AD627放大器的反向输入端； 所述AD627放大器的增益设定端之间连接第十一电阻，所述第十一电阻用于设定所述AD627放大器的放大倍数； 所述AD627放大器的正向输入端通过第十二电阻与所述电阻-电压转换电路的输出端相连接，以接收所述电压信号。
9.根据权利要求8所述的温度测量系统，其特征在于，所述AD627放大器的放大倍数最小为5倍。
10.根据权利要求3所述的温度测量系统，其特征在于，所述滤波电路包括第四运算放大器；其中， 所述第四运算放大器的反相输入端与所述第四运算放大器的输出端连接； 所述第四运算放大器的正相输入端通过第十三电阻和第十四电阻与所述信号放大电路的输出端相连接，并且通过所述第十四电阻与所述第四运算放大器的输出端相连。
11.根据权利要求3至6，8至10中任一所述的温度测量系统，其特征在于，所述A/D转换电路包括芯片LTC1859，其根据所述微处理器的指令，把各路信号调整电路输出的所述电压信号分别转换成数字信号。
12.根据权利要求3至6，8至10中任一所述的温度测量系统，其特征在于，所述微处理器与上层计算机通信连接。
【文档编号】G01K7/21GK203929268SQ201420179132
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年4月14日 优先权日:2014年4月14日
【发明者】郭亚娟, 郭一鸣, 周万泉 申请人:睿励科学仪器（上海）有限公司