一种新型恒流源及采用新型恒流源的温度测量装置的制作方法

本发明涉及液体温度测量，特别是涉及一种新型恒流源及采用新型恒流源的温度测量装置。

背景技术：

1、对于液体的温度测量，如对于石油的温度测量：传统的石油温度测量装置一般采用双金属温度计，这种温度计需要手动操作、人工读数，其测量过程受测量人员因素的影响较大，而且只能用于非连续的测量场合，同时也不能达到很高的测量精度。随着对温度测量精度和工作环境要求的增加，实现油品温度的连续、在线、高精度测量成为目前温度传感器的研究重点之一。

2、目前，成品油温度测量常用的基于铂热电阻的温度测量装置在制式上主要有两线制、三线制、四线制等。其中，四线制的传感器的两根线为铂电阻提供恒定电流，把电阻值转换成电压信号，再通过另两根引线把电压信号引至二次仪表。这种方式可以完全消除引线的电阻影响，比较适合高精度的温度检测。四线制铂热电阻测量装置是从铂热电阻两端各引出2根线，需引线共4根，接线时，测量回路和补偿回路分开，即测量回路通过导线接到铂热电阻的两个接线端，用来测量对温度敏感的电阻值，而补偿回路则是由恒流源接至铂热电阻的另外两端，用来补偿导线电阻对测量结果的影响。这样的接法可以有效地消除电缆电阻对测量结果的影响。

3、四线制铂热电阻测量方案中恒流源的设计及对于转换后的模拟信号的采集是影响测量精度的核心技术。目前四线制铂热电阻测量方案中恒流源的设计多采用howland恒流源，电路原理图如图1所示。howland恒流源是由麻省理工学院的bradford howland教授于1962年发明的。它由一个运算放大器ic和一个平衡电桥组成，即使负载电阻值发生变化，也可以通过负载保持恒定的电流值。现有的四线制铂热电阻测量方案中，howland恒流源得到了广泛的使用。但随着对测量精度和稳定性的不断提高，传统的howland恒流源由于其测量精度的局限性，不能很好地满足新的测量需求。并且16位或24位的a/d转换芯片也很难精确地对模拟信号进行实时采集。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种新型恒流源及采用新型恒流源的温度测量装置，能够保证采集数据的实时性和精确性。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、第一方面，本发明提供一种新型恒流源，包括基准电压源、第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一电容及参考电阻；

4、所述基准电压源通过所述第一电阻与所述第一运算放大器的第一输入端连接；所述第一运算放大器的第二输入端与所述第三电阻连接，所述第一运算放大器的第二输入端还通过所述第一电容与所述第一运算放大器的输出端连接，所述第一运算放大器的第二输入端还通过所述第四电阻与所述第三运算放大器的输出端连接；

5、所述第一运算放大器的输出端与所述第三运算放大器的第一输入端连接，所述第三运算放大器的第二输入端通过所述第五电阻与所述第三运算放大器的输出端连接；

6、所述第三运算放大器的输出端与所述参考电阻的一端连接；所述参考电阻的另一端与所述第二运算放大器的第一输入端连接，所述第二运算放大器的第二输入端与所述第二运算放大器的输出端连接，所述第二运算放大器的输出端还通过所述第二电阻与所述第一运算放大器的第一输入端连接。

7、第二方面，本发明提供一种采用新型恒流源的温度测量装置，包括新型恒流源、传感部件、信号处理部件、ad转换部件及处理器；所述新型恒流源与所述传感部件连接，所述传感部件、所述信号处理部件、所述ad转换部件及所述处理器依次连接；

8、所述新型恒流源用于为所述传感部件提供恒定电流；

9、所述传感部件用于在所述恒定电流的驱动下，实时采集目标液体的温度相关数据；

10、所述信号处理部件用于对所述温度相关数据依次进行放大处理及滤波处理，以得到处理后电压数据；

11、所述ad转换部件用于对所述处理后电压数据进行模数转换，以得到数字电压数据；

12、所述处理器用于基于预设公式，根据所述数字电压数据确定所述目标液体的实时温度。

13、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

14、本发明公开一种新型恒流源及采用新型恒流源的温度测量装置，新型恒流源包括基准电压源、第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一电容及参考电阻，通过上述三个运算放大器及其他相关部件的协同组合，得到具有更高精度、更快响应速度及更高驱动能力的恒流源。然后采用该新型恒流源驱动传感部件，进行温度信号采集；再通过信号处理部件实现信号的放大、采样与转换；再通过ad转换部件进行模数转换并将转换结果发送给处理器，最后由处理器确定高精度的目标液体的实时温度。综上，本发明相对于传统温度测量具有更好的稳定性、精确性和及时性。

技术特征：

1.一种新型恒流源，其特征在于，所述新型恒流源包括基准电压源、第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一电容及参考电阻；

2.根据权利要求1所述的新型恒流源，其特征在于，所述第一运算放大器的-3db带宽及所述第二运算放大器的-3db带宽均为60mhz，所述第一运算放大器的输入失调电压及所述第二运算放大器的输入失调电压均为10uv，所述第一运算放大器的输入偏置电流及所述第二运算放大器的输入偏置电流均为5ua；

3.根据权利要求1所述的新型恒流源，其特征在于，一二电阻比值与三四电阻比值相等；所述一二电阻比值为所述第一电阻与所述第二电阻的比值；所述三四电阻比值为所述第三电阻与所述第四电阻的比值。

4.根据权利要求1所述的新型恒流源，其特征在于，所述第一运算放大器的型号、所述第二运算放大器的型号及所述第三运算放大器的型号均为adi4051。

5.一种采用新型恒流源的温度测量装置，其特征在于，装置包括：权利要求1-4任一项所述的新型恒流源、传感部件、信号处理部件、ad转换部件及处理器；所述新型恒流源与所述传感部件连接，所述传感部件、所述信号处理部件、所述ad转换部件及所述处理器依次连接；

6.根据权利要求5所述的采用新型恒流源的温度测量装置，其特征在于，所述信号处理部件包括仪表放大器和滤波器；

7.根据权利要求5所述的采用新型恒流源的温度测量装置，其特征在于，装置还包括电源部件及屏蔽电缆；

8.根据权利要求7所述的采用新型恒流源的温度测量装置，其特征在于，所述传感部件为四线制pt1000铂电阻温度传感器；

9.根据权利要求5所述的采用新型恒流源的温度测量装置，其特征在于，所述ad转换部件与所述处理器之间通过spi接口连接；

10.根据权利要求5所述的采用新型恒流源的温度测量装置，其特征在于，所述ad转换部件与所述新型恒流源共用基准电压源。

技术总结
本发明公开一种新型恒流源及采用新型恒流源的温度测量装置，涉及液体温度测量技术领域，其中，基准电压源通过第一电阻与第一运算放大器的第一输入端连接；第一运算放大器的第二输入端还通过第四电阻与第三运算放大器的输出端连接；第一运算放大器的输出端与第三运算放大器的第一输入端连接，第三运算放大器的第二输入端通过第五电阻与第三运算放大器的输出端连接；第三运算放大器的输出端与参考电阻的一端连接；参考电阻的另一端与第二运算放大器的第一输入端连接，第二运算放大器的第二输入端与第二运算放大器的输出端连接，第二运算放大器的输出端还通过第二电阻与第一运算放大器的第一输入端连接。本发明能够保证采集数据的实时性和精确性。

技术研发人员：秦建民,许斌,王洋,汪建梅,张欣怡,郝雪洁
受保护的技术使用者：北京瑞赛长城航空测控技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11