[发明专利]一种多路测温装置及其多路测温电路

说明书

本发明公开了一种多路测温装置及其使用的多路测温电路，多路测温装置采用多个阻性测温元件，配合多路测温电路测量温度。测温元件采用四线制接法，消除导线电阻对测温精度的影响；至少两个测温元件的两端引出导线与电压测量器的同一个采集通道连接，使用选通开关控制电压测量器所采集的测温元件的信号，实现电压测量器采集通道的复用，节约电压测量器采集通道的使用量，降低测温电路的复杂度和成本使用信号继电器作为选通开关，消除选通开关的漏电流；配合设置多路测温装置及其多路测温电路中的导线、接插件以及选通开关等，降低导线阻抗、线间串扰、环境电磁干扰以及热电效应引入的干扰噪声信号，提高测温精度。

技术领域

本发明属于温度测量技术领域，涉及一种多路测温装置及其多路测温电路。

背景技术

先进制造领域中常常需要使用高精度的测温装置，例如在半导体制造领域的光刻设备中，许多位点要求将温度控制在20-24℃的范围内，并且要求温度随时间的波动不超过0.05℃；为了满足控温精度需求，作为温度反馈控制组件之一的测温装置需要具备优良的测量精度，通常要求测温装置的测量精度优于0.01℃甚至0.001℃。实现高精度的温度测量，要求测温元件具备良好的精度，还需要配合电力和信号处理电路也具备良好的精度。

现有技术中常使用电阻温度检测器(Resistance Temperature Detector，RTD)或者热敏电阻等阻性电气元件作为测温敏感元件。RTD是由金属材料制成的电阻器，其电阻随温度的变化而变化；RTD是高精度的温度测量元件，适用于-200℃～+850℃的温度范围，具有优异的长期稳定性，并且信号处理方法相对简单，在精密测温领域应用广泛。热敏电阻是由金属氧化物制成的电阻器，其电阻可随温度变化而变化，常见类型的热敏电阻的电阻值随温度上升而下降，通常可以在-40℃～+150℃的范围内工作，在0℃～100℃时精度最佳，热敏电阻成本低，但电阻值与温度之间关系的非线性程度较高。使用RTD或者热敏电阻进行温度测量的基本原理都是对电阻值的测量，为了消除导线电阻对测温精度的影响，可以对测温电阻采用四线制接法，使用电流源向测温电阻提供稳定的电流，再从测温电阻的两端引出导线接入电压测量器的输入端口。常见地，电压测量器的一个端口对应连接一个测温电阻；但在测温电阻数量多的时候需要的电压测量器的通道数量可能会很多，这将造成系统的成本提高，特别是对于高精度的测温装置而言电压测量器的通道数量增加将会明显增加系统的复杂度和成本。另外，在高精度的测温装置中，除了作为测温元件的RTD本身的精密度会影响测温精度，测温电路的导线的电阻、阻抗匹配、信号串扰、热电效应等因素也会影响测温精度；特别是在测温精度优于0.01℃的场合，测温电路的精度对测温精度有显著的影响。

发明内容

本发明的目的就是提供一种使用选通开关实现电压测量器通道复用的包括多个阻性测温元件的多路测温装置，以及适用于配合多个阻性测温元件测量温度的测温电路。

本发明包括测温电路和至少两个测温电阻测温元件；所述测温元件是阻性电气元件，测温元件的电阻值随温度的变化而变化；测温电路包括电流源、电压测量器和接地端；测温电阻测温元件采用四线制接法，自测温电阻测温元件的一端两端引出导线与电流源的两极电性连接，自测温电阻的另一端引出导线与接地端电性连接；还自测温电阻测温元件的两端各引出导线与电压测量器的一个采集通道的正相输入端和负相输入端电性连接；在测温电阻测温元件与电压测量器采集通道输入端之间的两条导线上分别设置选通开关，在电流源与测温电阻测温元件或者接地端与测温电阻之间的导线上设置选通开关；至少两个测温电阻测温元件使用同一个电压测量器的采集通道，通过控制选通开关的通断来控制电压测量器采集通道接收的信号来源；所述选通开关是信号继电器。

在所述电流源两极与测温元件之间连接的两条导线上均设置选通开关。

所述测温电路还包括参考电阻；测温元件与参考电阻串联后再与电流源的两极电性连接；自测温元件两端引出导线连接电压测量器的一个采集通道，自参考电阻两端引出导线连接电压测量器的另一个采集通道；结合测温元件两端的电压和参考电阻两端的电压计算测温元件的电阻值。