[发明专利]两线制电阻温度检测器及其使用方法

说明书

本发明涉及两线制电阻温度检测器及其使用方法。两线制电阻温度检测器(RTD)包括RTD传感器，该RTD传感器具有与RTD传感器的温度变化对应地变化的传感器电阻。两线制RTD还包括将RTD传感器电耦合到控制单元的一对引线，所述控制单元具有用于产生第一电流脉冲和第二电流脉冲的脉冲发生器。两线制RTD还包括开关，该开关电耦合在一对引线之间，并且在经受第一电流脉冲时可工作在断开状态下，并且在经受第二电流脉冲时可工作在闭合状态下。断开状态使得第一电流脉冲流过一对引线和RTD传感器。闭合状态使得第二电流脉冲流过一对引线。开关使得控制单元能够确定传感器电阻和对应的传感器温度。

技术领域

本公开整体涉及温度测量，并且更具体地涉及具有提高的精度的两线制电阻温度检测器。

背景技术

针对正常操作，某些系统需要高度准确的温度测量。例如，太空运载交通工具可包括数百个温度传感器，用于针对正常运行准确地监测各种子系统。在具体的示例中，具有液体推进剂火箭发动机的运载交通工具可需要准确地监测低温推进剂的温度。运载交通工具可具有用于低温推进剂的热管理的控制单元。控制单元可需要在运载交通工具上(诸如在推进剂箱、流体导管、阀和其他推进剂系统部件上)的不同位置处的低温推进剂的温度测量。在一些示例中，控制单元可位于距进行温度测量处相对较长的距离处。

电阻温度检测器(RTD)是包含可安装到期望进行温度测量的部件的RTD传感器(例如电阻元件)的装置。传递少量的电流(即激励/励磁电流)通过RTD传感器在RTD传感器两端产生电压。RTD传感器两端的电压用于确定电流通过RTD传感器时RTD传感器的电阻。传感器电阻用于确定随传感器电阻线性变化的RTD传感器的温度。在这方面，RTD传感器越热，传感器电阻越高，反之亦然。RTD传感器可电耦合到控制单元，该控制单元可测量传感器电压，以针对与传感器温度的后续关联确定传感器电阻。

在常规的两线制RTD中，RTD传感器可通过诸如绝缘铜线的一对引线电耦合到控制单元。遗憾的是，引线的电阻增加RTD传感器的电阻，使得由控制单元确定的总电阻大于单独的RTD传感器的电阻，导致有误差的温度测量。温度测量中的误差与引线的长度成比例，使得非常长的引线相应地引入大的温度测量误差。另外，引线的电阻在不同的温度下是不同的。例如，当在低温温度(例如小于-300°F)下使用常规的两线制RTD，诸如用于监测运载交通工具的低温推进剂系统时，由于在低温温度下引线的电阻的相对小的变化，温度测量误差可相对较大。

补偿与常规的两线制RTD相关联的误差的尝试包括将控制单元处的电阻的总量调整等于引线的静态电阻的量。引线的静态电阻可基于给定温度下每个引线的已知每英尺电阻值来计算。替代地，可测量给定温度下引线的静态电阻。遗憾的是，在飞行或任务期间，引线的实际电阻可不同于引线的计算或测量的电阻。此外，引线的一些纵向截面(lengthwisesection)可比计算或测量静态电阻的温度更冷或更热。

补偿与常规的两线制RTD相关联的误差的其他尝试包括开发三线制RTD和四线制RTD。三线制RTD将第三根引线增加到标准的两线制RTD。第三引线用于向控制单元传送反馈信号，控制单元用该反馈信号来补偿由引线的增加的电阻引起的温度测量误差。然而，对于具有数百个温度传感器的太空运载交通工具而言，向RTD增加第三引线增加运载交通工具的成本和重量，并且损害交通工具性能。例如，三线制RTD的增加的重量可导致运载交通工具的有效载荷能力和/或可用推进剂质量的减小。四线制RTD将两根引线增加到标准的两线制RTD，并且通过控制单元只需要单个电压测量来简化测量过程。两根额外的引线不承载激励电流，且因此不对测量误差产生贡献。然而，四线制RTD的两根附加引线进一步增加了RTD的成本和重量，这进一步损害了交通工具性能。

可看出，本领域需要一种能够提供高度准确的温度测量的轻型、低成本的电阻温度检测器。

发明内容