[实用新型]一种高精度铂电阻测温装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种温度测量系统，尤其是一种高精度铂电阻测温装置。

背景技术

温度是国际单位制中7个基本物理量之一。标准铂电阻温度计具有高精度、高灵敏性和高稳定性等特点，因而被广泛应用于智能仪器仪表的温度测量。现有方法大多是先将电阻变化通过电阻桥转换为电压信号，再经过一系列滤波和放大处理后，送入A/D转换器完成温度采集。这类方法需要解决好两个问题：(1)由于温度对铂电阻阻值和放大器带来的影响，系统在环境温度变化时会产生一定的系统误差。在高精确度测量中，寻找有效的温度补偿方法是需要面临的难题之一。(2)随着测量精度的提高，高分辨率A/D转换器的价格大增，导致测量仪器成本过高是所面临的另一个问题。

实用新型内容

本实用新型设计的目的是针对现有技术的不足，提供一种低成本、高测量精度的铂电阻测温装置。

本实用新型所采用的技术方案是：

本实用新型的高精度铂电阻测温装置，包括RC振荡器、频率测量芯片、参考时钟电路、单片机；RC振荡器的输出端与频率测量芯片的输入端连接，参考时钟电路的输出端与频率测量芯片的时钟端连接，频率测量芯片和单片机通过SPI总线连接；所述RC振荡器包括第一电容C1和铂电阻传感器Rt，其中铂电阻传感器Rt的一端与频率测量芯片的N脚连接，铂电阻传感器Rt另一端分别与频率测量芯片的P脚、第一电容C1的一端相连，第一电容C1的另一端接地。

本实用新型的高精度铂电阻测温装置中的参考时钟电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第二电容C2、第三电容C3、晶体振荡器X1以及反相器IC1；其中第一电阻R1的一端与第二电容C2的一端连接，第二电容C2的另一端与晶体振荡器X1的一端连接后接地，晶体振荡器X1的另一端与第三电容C3的一端连接后接地，第三电容C3的另一端分别与第二电阻R2的一端、反相器IC1的输入端连接，反相器IC1的输出端分别与第一电阻R1的另一端、第二电阻R2的另一端、频率测量芯片的CLK脚连接。

本实用新型的高精度铂电阻测温装置采用的单片机是C8051F021单片机。

有益效果：

本实用新型的有益效果是：

(1)、铂电阻采用二线制接法，与固定电容构成RC振荡器，将铂电阻变化量转换为频率信号，解决了传统方法中不平衡电阻桥所带来的非线性问题；

(2)、铂电阻工作在无源状态，且整个电路有数字芯片组成，免去了温变等不确定性因素引发的补偿问题；

(3)、通过测量频率变化量，直接通过高阶多项式解算铂电阻的阻值变化，从而计算出被测温度值，省去A/D环节，在高精度测温时大幅降低了设备成本；

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施做出进一步说明。

如图1所示，本实用新型的高精度铂电阻测温装置，包括RC振荡器101、频率测量芯片102、参考时钟电路103和单片机104；RC振荡器101包括第一电容C1和铂电阻传感器Rt，铂电阻采用二线制接法，其一端与第一电容C1的一端相连，同时又连接到频率测量芯片102的P脚，另外一端连接到频率测量芯片102的N脚，第一电容C1的另一端接地，频率测量芯片102和单片机104通过SPI总线连接，参考时钟电路103与频率测量芯片102的CLK脚连接；参考时钟电路103包括第一电阻R1、第二电阻R2、第二电容C2、第三电容C3、晶体振荡器X1以及反相器IC1；其中第一电阻R1的一端分别与第二电阻R2的一端、第二电容C2的一端连接，第二电容C2的另一端与晶体振荡器X1的一端连接后接地，晶体振荡器X1的另一端与第三电容C3的一端连接后接地，第三电容C3的另一端分别与第二电阻R2的另一端、反相器IC1的输入端连接，反相器IC1的输出端分别与第一电阻R1的另一端、频率测量芯片102的CLK脚连接。

本实用新型的高精度铂电阻测温装置，当温度发生变化时，铂电阻传感器Rt随测量对象的温度变化发生变化导致RC振荡器101的振荡频率发生变化，从而将铂电阻传感器Rt变化调制为时变频率信号，再由单片机104控制频率测量芯片102测量该频率变化量，将测量值送入单片机104，在单片机104中利用IIR滤波器进行滤波后，再用高阶多项式完成频率变化到温度变化的解算，解算出实际温度值。

将铂电阻传感器Rt放入标定环境中，在铂电阻传感器Rt的测量范围内均匀改变恒温槽温度，同时记录频率计数值与标准温标得到的温度值，然后用高阶多项式对两组数据进行回归，得到计数值与标准温度值的映射关系，从而得到一组多项式系数，以后测得的新的计数值用该组系数即可算出对应的温度。理论上多项式阶数越高，精度越高，但资源消耗也越大，本实用新型的测温装置在测温解算时采用11阶多项式，不但系统标定、校准过程简单，还便于软件自动化实现。