[发明专利]一种高精度大量程温度测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种高精度、大量程温度测量系统，属于工业测量及控制领域。

背景技术

铂电阻、热敏电阻、AD590等温度传感器被广泛应用于各种测温场合，这些温度传感器的输出信号多为电阻或电流信号，后端需经过调理或采样电路转换为电压信号。通常情况下，这些电压信号需要经过模/数转换器转换为数字信号后进行相应处理，因此采温电路的测量范围、测量精度与模/数转换电路的精度密切相关。

例如：对-55℃—125℃的测温范围，如果要达到0.01℃的测量精度，则需要有效位数为15位以上的模/数转换器，如果需要达到-55℃—400℃的测温范围，同时测量精度达到0.005℃，则需要有效位数17位以上的模/数转换器。

工业和商业应用环境下，有可以满足17位以上的模/数转换器，但高精度模/数转换器价格昂贵，同时对电路原理、电路印制板的布局布线要求极高，若外围电路处理不慎，则可能导致测量精度难以达到要求。

在严苛应用环境下，缺乏高精度的模/数转换器，尤其是在严苛应用环境中同时有高可靠需求情况下，高位数高精度模/数转换器更是缺乏。目前国产高可靠应用领域可获得的最高精度模数转换器为14位模/数转换器B9243，其线性误差为2.5LSB，难以满足宽温度范围、高精度的温度测量需求。

高精度测温方法中，有在传感器使用方法上开展工作的，如专利《一种热电阻温度测量电路》(专利号为03263202.9)，采用了三线制多通道的温度采集技术方案。文献《高精度铂电阻测温系统》(《光学精密工程》，2014年第4期)采用了一种改进型四线制的高精度测温方法。《一种高精度低自热多通道测温系统设计与实现》(《传感器与微系统》，2014年第1期)中以阻值比较法测温电路为基础，引入序列激励电压控制抑制测温电路的自热效应，提高了测温精度。但是目前没有公开文献报道提及在模/数转换器位数有限条件下提高测试精度的方法。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种高精度大量程温度测量系统，利用低位数模/数转换器代替高位数模/数转换器，实现了在增大温度测量范围同时提高测温分辨率和测温精度，解决了现有宇航领域没有高位数模/数转换器的不足。

本发明的技术解决方案是：一种高精度大量程温度测量系统，包括N个温度传感器、N个信号调理模块、通道切换选择模块、一级差分放大模块、二级差分放大模块、模/数转换模块、信号采集与处理单元、可调电压参考基准模块和固定电压参考基准模块；所述温度传感器与信号调理模块一一对应，每个温度传感器与对应的信号调理模块构成一个通道；

每个温度传感器采集其所在位置的温度信号，并输出给对应的信号调理模块；

每个信号调理模块对接收的温度信号进行高频去噪处理，并将处理后的温度信号转换为电压信号后输出给通道切换选择模块；

通道切换选择模块接收信号采集与处理单元输出的通道切换控制信号以及每个信号调理模块输出的电压信号，根据通道切换控制信号选择对应通道信号调理模块输出的电压信号，并输出给一级差分放大模块；

一级差分放大模块接收通道切换选择模块输出的电压信号以及固定电压参考基准模块输出的固定参考基准电压，将接收的电压信号与固定参考基准电压差分后放大，并将差分放大后得到的电压信号输出给二级差分放大模块；

二级差分放大模块接收一级差分放大模块发送的电压信号以及可调电压参考基准模块输出的基准电压，将该电压信号与基准电压进行差分后放大，并将差分放大后得到的电压信号输出给模/数转换模块；

模/数转换模块对接收的电压信号进行模/数转换，得到电压数字信号，输出给信号采集与处理单元；

信号采集与处理单元向通道切换选择模块发送通道切换控制信号，在每一个通道切换控制信号下，根据反馈迭代算法控制可调电压参考基准模块输出的基准电压，得到模/数转换模块发送的有效电压，并将该有效电压转换成对应通道温度传感器所在位置的高精度温度信息，并向外输出；

可调电压参考基准模块接收信号采集与处理单元输出的基准电压初始值和电压控制信号，根据基准电压初始值和电压控制信号实时调整基准电压，并将调整后的基准电压进行数模转换后输出给二级差分放大模块；

固定电压参考基准模块向一级差分放大模块输出固定参考基准电压。

所述信号采集与处理单元反馈迭代算法的实现过程为：

(2.1)信号采集与处理单元向可调电压参考基准模块输出基准电压初始值0，使可调电压参考基准模块向二级差分放大模块输出的基准电压初始值为0；