專利名稱：一種熱電阻信號(hào)的測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種熱電阻信號(hào)的測(cè)量 系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
熱電阻是工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域一種常見(jiàn)的溫度測(cè)量裝置，其電阻值(即熱電阻信號(hào)) 隨溫度變化而改變。測(cè)量系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量電阻值即可實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的測(cè)量。一般熱電阻與測(cè)量系統(tǒng)之間可采用二線制、三線制或四線制三種方式進(jìn)行連接。 但實(shí)際應(yīng)用中熱電阻與測(cè)量系統(tǒng)之間距離較遠(yuǎn)，連接二者的導(dǎo)線較長(zhǎng)，二線制連接方式會(huì) 使測(cè)量精度受導(dǎo)線電阻的影響，而四線制連接方式會(huì)增加導(dǎo)線成本，因此三線制連接方式 被普遍采用。采用三線制連接方式時(shí)，測(cè)量系統(tǒng)一般采用電橋法或單恒流源法將熱電阻信 號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，然后通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器(模/數(shù)轉(zhuǎn)換器)將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送 往控制器。圖1和圖2圖示的熱電阻信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)在現(xiàn)有技術(shù)中普遍應(yīng)用。其中，圖1為采用 電橋法測(cè)量熱電阻信號(hào)的系統(tǒng)電路原理圖。熱電阻Rt通過(guò)三條導(dǎo)線連接到測(cè)量系統(tǒng)。測(cè)量 系統(tǒng)內(nèi)的精密電阻Rl、R2和R3與熱電阻組成惠斯通電橋?；鶞?zhǔn)電壓源為電橋提供恒定的 電壓激勵(lì)。當(dāng)熱電阻信號(hào)變化時(shí)，電橋的輸出電壓(即A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓)發(fā)生改變， 經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送往控制器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)熱電阻信號(hào)的測(cè)量。圖2為采用單恒流源法測(cè)量熱電阻信號(hào)的系統(tǒng)電路原理圖。熱電阻Rt通過(guò)三條 導(dǎo)線連接到測(cè)量系統(tǒng)。恒流源提供恒定大小的電流流經(jīng)熱電阻Rt產(chǎn)生與熱電阻阻值大小 成正比的電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送往控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)熱電 阻信號(hào)的測(cè)量。然而，通過(guò)發(fā)明人的研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的兩種熱電阻信號(hào)測(cè)量方法至少存在以下缺 陷(1)電橋法的缺點(diǎn)電橋的輸出電壓與熱電阻信號(hào)之間不是線性關(guān)系，因此測(cè)量存在非線性誤差；當(dāng)熱電阻兩端存在共模干擾電壓時(shí)，電橋的輸出電壓將包含共模干擾電壓的成 分，使測(cè)量精度降低，因此該測(cè)量方法的抗共模干擾能力差。(2)單恒流源法的缺點(diǎn)為了不使系統(tǒng)的測(cè)量精度受導(dǎo)線電阻的影響，需要專門的消線阻電路，增加了系 統(tǒng)的成本；系統(tǒng)的測(cè)量精度取決于恒流源的精度，因此對(duì)恒流源的性能要求較高?？梢?jiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中的熱電阻信號(hào)測(cè)量方法普遍存在測(cè)量精度低，準(zhǔn)確性較差的問(wèn) 題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供一種熱電阻信號(hào)的測(cè)量系統(tǒng)，以便提高測(cè)量熱電阻信號(hào)的準(zhǔn)確性。本發(fā)明實(shí)施例提供一種熱電阻信號(hào)的測(cè)量系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括第一恒流源和第 二恒流源、飛電容、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、精密電阻、控制器、設(shè)置在所述飛電容與熱電阻之間且連 接所述第一恒流源和第二恒流源的充電控制單元及設(shè)置在所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器與飛電容之 間的連接控制單元；所述熱電阻通過(guò)三線制方式進(jìn)行引線連接，所述引線包括第一引線、第二引線和 第三引線，其中，所述第三引線接地；所述熱電阻通過(guò)所述第一引線、第二引線、經(jīng)過(guò)所述充 電控制單元分別連接所述飛電容的第一極板和第二極板；所述充電控制單元用于在第一充電周期對(duì)所述飛電容進(jìn)行第一次充電，在第二次 充電周期對(duì)所述飛電容進(jìn)行第二次充電；所述連接控制單元用于分別在所述第一次充電和第二次充電結(jié)束之后，連接所述 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器與所述飛電容的第一極板和第二極板，使所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器將所述飛電容兩 極板間存儲(chǔ)的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一數(shù)字信號(hào)和第二數(shù)字信號(hào)；所述精密電阻的第一端接地，第二端連接所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，且所述精密電阻的 第二端通過(guò)所述充電控制單元連接所述第一恒流源和第二恒流源，則所述充電控制單元還 用于，控制所述第一恒流源和第二恒流源輸出的電流合并流經(jīng)所述精密電阻，為所述模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換器提供參考電壓；所述控制器用于根據(jù)所述第一數(shù)字信號(hào)和第二數(shù)字信號(hào)獲得熱電阻信號(hào)的最終 測(cè)量結(jié)果。優(yōu)選的，所述充電控制單元包括設(shè)置于所述第一恒流源和飛電容第一極板之間的第一開(kāi)關(guān)、設(shè)置于所述第二恒流 源和飛電容第二極板之間的第二開(kāi)關(guān)；當(dāng)所述第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，所述第一恒流 源和第二恒流源對(duì)所述飛電容進(jìn)行第一次充電；設(shè)置于所述第一恒流源和飛電容第二極板之間的第三開(kāi)關(guān)、設(shè)置于所述第二恒流 源和飛電容第一極板之間的第四開(kāi)關(guān)；當(dāng)所述第三開(kāi)關(guān)和第四開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，所述第一恒流 源和第二恒流源對(duì)所述飛電容進(jìn)行第二次充電；以及，設(shè)置于所述第一恒流源和第二恒流源之間、連接所述第一恒流源的第五開(kāi) 關(guān)和連接所述第二恒流源的第六開(kāi)關(guān)；當(dāng)所述第五開(kāi)關(guān)和第六開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，所述第一恒流 源和第二恒流源輸出的電流合并流經(jīng)所述精密電阻，為所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器提供參考電壓。優(yōu)選的，所述系統(tǒng)還包括設(shè)置于所述第一引線上與所述第一開(kāi)關(guān)連接的第七開(kāi)關(guān)；設(shè)置于所述第二引線上 與所述第二開(kāi)關(guān)連接的第八開(kāi)關(guān)；以及，設(shè)置于所述第三引線上連接地端的第九開(kāi)關(guān)。優(yōu)選的，所述系統(tǒng)還包括連接所述第一開(kāi)關(guān)和所述飛電容的第一極板、且連接所述第四開(kāi)關(guān)和所述飛電容 的第一極板的第十開(kāi)關(guān)，以及，連接所述第二開(kāi)關(guān)和所述飛電容的第二極板、且連接所述第 三開(kāi)關(guān)和所述飛電容的第二極板的第十一開(kāi)關(guān)。優(yōu)選的，所述連接控制單元包括設(shè)置于所述飛電容的第一極板與所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器之間的第十二開(kāi)關(guān)，以及，設(shè)置于所述飛電容的第二極板與所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器之間的第十三開(kāi)關(guān)。優(yōu)選的，所述系統(tǒng)還包括單位增益放大器，所述單位增益放大器的正向輸入端連接所述第十二開(kāi)關(guān)，所述 單位增益放大器的負(fù)向輸入端連接輸出端，所述輸出端連接所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。優(yōu)選的，所述單位增益放大器為運(yùn)算放大器，用于使所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器在對(duì)所述 飛電容存儲(chǔ)的電壓信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的時(shí)間內(nèi)，所述飛電容上的泄漏電流維持在測(cè)量精度要求 的范圍內(nèi)。優(yōu)選的，所述第一恒流源和第二恒流源的電流值相等。優(yōu)選的，所述開(kāi)關(guān)為模擬開(kāi)關(guān)。同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案通過(guò)第一恒流源和第二恒流源對(duì)飛電容 進(jìn)行兩次充電，使得最終的測(cè)量結(jié)果與導(dǎo)線電阻無(wú)關(guān)，能夠消除導(dǎo)線電阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影 響；并且，測(cè)量結(jié)果與熱電阻信號(hào)成正比，因此本發(fā)明的測(cè)量方法無(wú)非線性誤差；其次，通過(guò)精密電阻提供模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓，能夠消除恒流源精度對(duì)測(cè)量 結(jié)果的影響；此外，當(dāng)熱電阻兩端存在共模干擾時(shí)，熱電阻兩端疊加有大小和方向均相同的干 擾電壓，而通過(guò)第一恒流源和第二恒流源對(duì)飛電容進(jìn)行兩次充電過(guò)程中，熱電阻的兩端分 別與飛電容的兩端連接，因此干擾電壓信號(hào)不會(huì)存儲(chǔ)在飛電容Cf上，由此，本發(fā)明提供的 熱電阻信號(hào)的測(cè)量系統(tǒng)抗共模干擾能力很強(qiáng)。


為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中 所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí) 施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖 獲得其他的附圖。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中采用電橋法測(cè)量熱電阻信號(hào)的系統(tǒng)電路原理圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中采用單恒流源法測(cè)量熱電阻信號(hào)的系統(tǒng)電路原理圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種熱電阻信號(hào)的測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種實(shí)現(xiàn)單通道熱電阻信號(hào)測(cè)量的系統(tǒng)電路原理圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種實(shí)現(xiàn)多通道熱電阻信號(hào)測(cè)量的系統(tǒng)電路原理圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于 本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。為了避免現(xiàn)有熱電阻信號(hào)測(cè)量方法中普遍存在的測(cè)量精度低，準(zhǔn)確性較差的問(wèn) 題，本發(fā)明實(shí)施例提供一種無(wú)非線性誤差、測(cè)量精度不受導(dǎo)線電阻和恒流源精度影響、抗共 模干擾能力強(qiáng)的新型的測(cè)量熱電阻信號(hào)的系統(tǒng)。下面首先對(duì)本發(fā)明提供的熱電阻信號(hào)的測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明，參照?qǐng)D3所示，所述系統(tǒng)包括第一恒流源Il和第二恒流源12、飛電容Cf、模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器、精密電阻 Rref、控制器33、設(shè)置在所述飛電容與熱電阻之間且連接所述第一恒流源Il和第二恒流源 12的充電控制單元30及設(shè)置在所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器與飛電容Cf之間的連接控制單元31 ；熱電阻Rt通過(guò)三線制方式進(jìn)行引線連接，所述引線包括第一引線、第二引線和第 三引線，其中，所述第三引線接地(如C點(diǎn)所示)；所述熱電阻Rt通過(guò)所述第一引線、第二 引線、經(jīng)過(guò)所述充電控制單元30分別連接所述飛電 容Cf的第一極板和第二極板；所述充電控制單元30用于在第一充電周期對(duì)所述飛電容Cf進(jìn)行第一次充電，在 第二次充電周期對(duì)所述飛電容Cf進(jìn)行第二次充電；所述連接控制單元31用于分別在所述第一次充電和第二次充電結(jié)束之后，連接 所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器與所述飛電容Cf的第一極板和第二極板，使模/數(shù)轉(zhuǎn)換器將所述飛電容 Cf兩極板間存儲(chǔ)的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一數(shù)字信號(hào)和第二數(shù)字信號(hào)；所述精密電阻Rref的第一端接地，第二端連接所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，且所述精密電 阻Rref的第二端通過(guò)所述充電控制單元30連接所述第一恒流源Il和第二恒流源12，則所 述充電控制單元30還用于，控制所述第一恒流源Il和第二恒流源12輸出的電流合并流經(jīng) 所述精密電阻Rref，為所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器提供參考電壓；所述控制器33用于根據(jù)所述第一數(shù)字信號(hào)和第二數(shù)字信號(hào)獲得熱電阻Rt信號(hào)的 最終測(cè)量結(jié)果。本發(fā)明提供的技術(shù)方案通過(guò)第一恒流源和第二恒流源對(duì)飛電容進(jìn)行兩次充電，使 得最終的測(cè)量結(jié)果與導(dǎo)線電阻無(wú)關(guān)，能夠消除導(dǎo)線電阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響；并且，測(cè)量結(jié)果 與熱電阻信號(hào)成正比，因此本發(fā)明的測(cè)量方法無(wú)非線性誤差；其次，通過(guò)精密電阻提供模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓，能夠消除恒流源精度對(duì)測(cè)量 結(jié)果的影響；此外，當(dāng)熱電阻兩端存在共模干擾時(shí)，熱電阻兩端疊加有大小和方向均相同的干 擾電壓，而通過(guò)第一恒流源和第二恒流源對(duì)飛電容進(jìn)行兩次充電過(guò)程中，熱電阻的兩端分 別與飛電容的兩端連接，因此干擾電壓信號(hào)不會(huì)存儲(chǔ)在飛電容Cf上，由此，本發(fā)明提供的 熱電阻信號(hào)的測(cè)量系統(tǒng)抗共模干擾能力很強(qiáng)。本發(fā)明實(shí)施例在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，所述充電控制單元可以采用以下實(shí)施方式包括設(shè) 置于所述第一恒流源11和飛電容Cf第一極板之間的第一開(kāi)關(guān)Sl、設(shè)置于所述第二恒流源 12和飛電容Cf第二極板之間的第二開(kāi)關(guān)S2 ；當(dāng)所述第一開(kāi)關(guān)Sl和第二開(kāi)關(guān)S2閉合時(shí)，所 述第一恒流源Il和第二恒流源12對(duì)所述飛電容Cf進(jìn)行第一次充電；設(shè)置于所述第一恒流源Il和飛電容Cf第二極板之間的第三開(kāi)關(guān)S3、設(shè)置于所述 第二恒流源12和飛電容Cf第一極板之間的第四開(kāi)關(guān)S4 ；當(dāng)所述第三開(kāi)關(guān)S3和第四開(kāi)關(guān) S4閉合時(shí)，所述第一恒流源Il和第二恒流源12對(duì)所述飛電容Cf進(jìn)行第二次充電；以及，設(shè)置于所述第一恒流源Il和第二恒流源12之間、連接所述第一恒流源的的 第五開(kāi)關(guān)S5和連接所述第二恒流源的第六開(kāi)關(guān)S6 ；當(dāng)所述第五開(kāi)關(guān)S5和第六開(kāi)關(guān)S6閉 合時(shí)，所述第一恒流源11和第二恒流源12輸出的電流合并流經(jīng)所述精密電阻Rref，為所述 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器提供參考電壓。為了便于實(shí)現(xiàn)熱電阻Rt與該測(cè)量系統(tǒng)的連接和斷開(kāi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在圖3 所示的測(cè)量系統(tǒng)在增加如下設(shè)置例如設(shè)置于所述第一引線上與所述第一開(kāi)關(guān)連接的開(kāi)關(guān)Kll ；設(shè)置于所述第二引線上與所述第二開(kāi)關(guān)連接的開(kāi)關(guān)K21 ；以及，設(shè)置于所述第三引線上連接地端的開(kāi)關(guān)K31。通過(guò)控制開(kāi)關(guān)K11、K21及K31的導(dǎo)通和斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)熱電阻Rt與 該測(cè)量系統(tǒng)的連接和斷開(kāi)。同理，為了便于實(shí)現(xiàn)飛電容Cf與充電控制單元的連接，在本發(fā)明的其他優(yōu)選實(shí)施 例中，飛電容Cf與充電控制單元之間可以采用以下連接方式通過(guò)連接所述第一開(kāi)關(guān)和所 述飛電容的第一極板、且連接所述第四開(kāi)關(guān)和所述飛電容的第一極板的第十開(kāi)關(guān)S10，以 及，連接所述第二開(kāi)關(guān)和所述飛電容的第二極板、且連接所述第三開(kāi)關(guān)和所述飛電容的第 二極板的第十一開(kāi)關(guān)Sl 1。當(dāng)所述第一恒流源Il和第二恒流源12通過(guò)所述熱電阻Rt對(duì)飛 電容Cf進(jìn)行充電時(shí)，開(kāi)關(guān)SlO和Sll均為閉合狀態(tài)。需要說(shuō)明的是，所述連接控制單元也可以采用開(kāi)關(guān)的實(shí)現(xiàn)方式，具體包括設(shè)置于 所述飛電容的第一極板與所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器之間的開(kāi)關(guān)S12，以及，設(shè)置于所述飛電容的第 二極板與所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器之間的開(kāi)關(guān)S13。通常，在模/數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)飛電容Cf上產(chǎn)生的電壓信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，飛 電容Cf會(huì)通過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生泄漏電流，為了測(cè)量精度的需要，泄漏電流需要滿足一定 的數(shù)值限制。通過(guò)在飛電容Cf和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器之間設(shè)置單位增益放大器，并使其輸入的偏 置電流保持在一定范圍之內(nèi)，從而使飛電容Cf上存儲(chǔ)的電荷在模數(shù)轉(zhuǎn)換的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的 泄漏電流維持在測(cè)量精度允許的范圍內(nèi)。所述單位增益放大器的正向輸入端連接開(kāi)關(guān)S12， 所述單位增益放大器的負(fù)向輸入端連接輸出端，所述輸出端連接所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。優(yōu)選 的，所述單位增益放大器可以為運(yùn)算放大器。此外，為了實(shí)現(xiàn)電壓、電流等模擬信號(hào)的傳輸，上述所有的開(kāi)關(guān)均為模擬開(kāi)關(guān)。為了便于對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步的理解，下面結(jié)合本發(fā)明的具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行 詳細(xì)描述。圖4為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)單通道熱電阻信號(hào)測(cè)量的系統(tǒng)電路原理圖，與熱電阻Rt連接的 三條導(dǎo)線電阻值相同，均為RL，為了清楚表示，圖中以電阻RL代表導(dǎo)線的電阻。測(cè)量系統(tǒng)由以下各部分組成用于切換熱電阻Rt通道的模擬開(kāi)關(guān)Κ11、Κ21及 Κ31，電流值大小相同的恒流源Il與12、用于切換恒流源的模擬開(kāi)關(guān)Sl S5、飛電容Cf、用 于連接飛電容與電流源的模擬開(kāi)關(guān)S9和S10、單位增益放大器U1、A/D轉(zhuǎn)換器、用于連接飛 電容與單位增益放大器的模擬開(kāi)關(guān)Sl 1、用于連接飛電容與A/D轉(zhuǎn)換器的模擬開(kāi)關(guān)S12和用 于提供A/D轉(zhuǎn)換器參考電壓的精密電阻Rref。采用上述系統(tǒng)測(cè)量熱電阻信號(hào)時(shí)，測(cè)量方法描述如下當(dāng)系統(tǒng)處于初始狀態(tài)時(shí)，所有模擬開(kāi)關(guān)均處于斷開(kāi)狀態(tài)；閉合切換熱電阻通道的模擬開(kāi)關(guān)K11、K21及K31，使熱電阻Rt的三條導(dǎo)線分別與 測(cè)量系統(tǒng)的E點(diǎn)、S點(diǎn)和C點(diǎn)連接，使得Rt與測(cè)量系統(tǒng)連接。同時(shí)，閉合開(kāi)關(guān)Sl和S2，使恒 流源11與E點(diǎn)連接，恒流源12與S點(diǎn)連接；閉合開(kāi)關(guān)S9和S10，使飛電容Cf上極板與E點(diǎn) 連接，下極板與S點(diǎn)連接。此時(shí)恒流源Il和12開(kāi)始通過(guò)熱電阻Rt對(duì)飛電容Cf進(jìn)行第一 次充電；第一次充電完成后，飛電容Cf上存儲(chǔ)的電壓為Vfl。斷開(kāi)開(kāi)關(guān)K11、K21、K31、S1、 S2、S10和Sll ；閉合開(kāi)關(guān)S12和S13，使飛電容Cf通過(guò)單位增益放大器Ul與A/D轉(zhuǎn)換器連 接；同時(shí)閉合開(kāi)關(guān)S5和S6，使恒流源Il與12合并流經(jīng)精密電阻Rref，為A/D轉(zhuǎn)換器提供參考電壓。A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)存儲(chǔ)在飛電容Cf上的電壓信號(hào)Vfl進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將獲得的第 一次數(shù)字信號(hào)輸出給控制器；模數(shù)轉(zhuǎn)換完成后，閉合開(kāi)關(guān)Kll、K21和K31，使Rtl再次與測(cè)量系統(tǒng)連接。同時(shí)， 與第一次充電過(guò)程不同的是，閉合開(kāi)關(guān)S3和S4,使恒流源Il與S點(diǎn)連接，恒流源12與E點(diǎn) 連接；閉合開(kāi)關(guān)SlO和Sl 1，使飛電容Cf上極板與E點(diǎn)連接，下極板與S點(diǎn)連接。恒流源Il 和12再次開(kāi)始通過(guò)熱電阻Rt對(duì)飛電容Cf進(jìn)行第二次充電；第二次充電完成后，飛電容Cf上存儲(chǔ)的電壓為Vf2。斷開(kāi)開(kāi)關(guān)K11、K21、K31、S3、 S4、SlO和Sl 1。閉合開(kāi)關(guān)S12和S13，使飛電容Cf通過(guò)單位增益放大器Ul與A/D轉(zhuǎn)換器 連接；同時(shí)閉合開(kāi)關(guān)S5和S6，使恒流源Il與12合并流經(jīng)精密電阻Rref，為A/D轉(zhuǎn)換器提 供參考電壓。A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)存儲(chǔ)在飛電容Cf上的電壓信號(hào)Vf2進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將獲得的 第二次數(shù)字信號(hào)輸出給控制器；控制器將兩次模數(shù)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)處理，對(duì)兩次數(shù)字信號(hào)結(jié)果 求平均值，該平均值即為該通道熱電阻信號(hào)的最終測(cè)量結(jié)果。上述實(shí)施例是采用本發(fā)明提供的測(cè)量系統(tǒng)對(duì)單通道中的熱電阻Rt的信號(hào)進(jìn)行測(cè) 量，當(dāng)然，本發(fā)明技術(shù)方案同樣適用于η通道中熱電阻的信號(hào)測(cè)量。同樣，多通道中的熱電 阻Rtl Rtn通過(guò)三線制方式連接到測(cè)量系統(tǒng)，具體如圖5所示。為實(shí)現(xiàn)對(duì)其他通道的熱電阻信號(hào)的測(cè)量，重復(fù)上述單通道中的測(cè)量步驟。在上述測(cè)量系統(tǒng)中，根據(jù)測(cè)量精度的要求，通過(guò)選擇合適的運(yùn)算放大器作為單位 增益放大器Ul，使其輸入偏置電流保持在一定范圍之內(nèi)，可以使飛電容Cf上存儲(chǔ)的電荷在 模數(shù)轉(zhuǎn)換的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的泄漏電流維持在測(cè)量精度允許的范圍內(nèi)。采用上述測(cè)量步驟，可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果無(wú)非線性誤差，并使測(cè)量精度不受導(dǎo)線電 阻和恒流源精度影響，分析如下設(shè)所有導(dǎo)線電阻相等，均為RL ；兩個(gè)恒流源的電流值在理想情況下大小相等，且 等于設(shè)計(jì)值，但受實(shí)際精度限制，兩個(gè)恒流源的電流實(shí)際值可能不會(huì)完全相等，并與設(shè)計(jì)值 存在偏差，分別設(shè)為Il和12。則容易得出，第一次充電完成之后，飛電容Cf上存儲(chǔ)的電壓 Vfl 為Vf1 = I1(R^R1)-I2Rl (1)同理，第二次充電完成之后，飛電容Cf上存儲(chǔ)的電壓Vf2為Vf2 = I2(R^R1)-I1Rl (2)則飛電容Cf上兩次存儲(chǔ)的電壓值的平均值可表示為Vf^-iVf^Vf,)=^+!,)^(3)可見(jiàn)，該電壓值與導(dǎo)線電阻無(wú)關(guān)，即消除了導(dǎo)線電阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響；并且該電 壓與熱電阻信號(hào)成正比，因此本發(fā)明的測(cè)量方法無(wú)非線性誤差。飛電容Cf上的電壓值經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送往控制器，因此控制器獲
得的最終測(cè)量結(jié)果的數(shù)字信號(hào)可表示為
^ , Vf (Ii1I2)RlCode = 2 T^ = 2 ~-
VrefZVref( 4 )其中，i為A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，Vref為A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓。如前所述，實(shí)際應(yīng)用中I1和12會(huì)與設(shè)計(jì)值存在偏差，如果A/D轉(zhuǎn)換器采用一個(gè)固定的基準(zhǔn)電壓作為參考電 壓VrefJU Il和12的偏差會(huì)直接影響最終測(cè)量結(jié)果的精度。為消除偏差對(duì)最終測(cè)量結(jié)果 的影響，在兩次A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程中，A/D轉(zhuǎn)換器采用將Il和12合并流經(jīng)精密電阻Rref產(chǎn)生 的電壓作為參考電壓Vref，此時(shí)(4)式可表示為
<formula>formula see original document page 10</formula>
可見(jiàn)最終測(cè)量結(jié)果與Il和12的實(shí)際大小無(wú)關(guān)，因此消除了恒流源精度對(duì)測(cè)量結(jié) 果的影響。當(dāng)熱電阻兩端存在共模干擾時(shí)，熱電阻兩端疊加有大小和方向均相同的干擾電 壓。根據(jù)上述本發(fā)明的測(cè)量過(guò)程，在對(duì)Cf進(jìn)行第一次和第二次的充電過(guò)程中，熱電阻Rt的 兩端分別與飛電容Cf的兩端連接，因此干擾電壓信號(hào)不會(huì)存儲(chǔ)在飛電容Cf上。因此，本發(fā) 明抗共模干擾能力很強(qiáng)。以上所描述的裝置實(shí)施例僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件說(shuō)明的單元可 以是或者也可以不是物理上分開(kāi)的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單 元，即可以位于一個(gè)地方，或者也可以分布到多個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元上?？梢愿鶕?jù)實(shí)際的需要選擇其 中的部分或者全部模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例方案的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性 勞動(dòng)的情況下，即可以理解并實(shí)施。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法中的全部或部分流程，是可以 通過(guò)計(jì)算機(jī)程序來(lái)指令相關(guān)的硬件來(lái)完成，所述的程序可存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì) 中，該程序在執(zhí)行時(shí)，可包括如上述各方法的實(shí)施例的流程。其中，所述的存儲(chǔ)介質(zhì)可為 磁碟、光盤、只讀存儲(chǔ)記憶體(Read-OnlyMemory，ROM)或隨機(jī)存儲(chǔ)記憶體(Random Access Memory, RAM)等。對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。 對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的 一般原理可以在不脫離本發(fā)明實(shí)施例的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此， 本發(fā)明實(shí)施例將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和 新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
一種熱電阻信號(hào)的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括第一恒流源和第二恒流源、飛電容、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、精密電阻、控制器、設(shè)置在所述飛電容與熱電阻之間且連接所述第一恒流源和第二恒流源的充電控制單元及設(shè)置在所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器與飛電容之間的連接控制單元；所述熱電阻通過(guò)三線制方式進(jìn)行引線連接，所述引線包括第一引線、第二引線和第三引線，其中，所述第三引線接地；所述熱電阻通過(guò)所述第一引線、第二引線、經(jīng)過(guò)所述充電控制單元分別連接所述飛電容的第一極板和第二極板；所述充電控制單元用于在第一充電周期對(duì)所述飛電容進(jìn)行第一次充電，在第二次充電周期對(duì)所述飛電容進(jìn)行第二次充電；所述連接控制單元用于分別在所述第一次充電和第二次充電結(jié)束之后，連接所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器與所述飛電容的第一極板和第二極板，使所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器將所述飛電容兩極板間存儲(chǔ)的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一數(shù)字信號(hào)和第二數(shù)字信號(hào)；所述精密電阻的第一端接地，第二端連接所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，且所述精密電阻的第二端通過(guò)所述充電控制單元連接所述第一恒流源和第二恒流源，則所述充電控制單元還用于，控制所述第一恒流源和第二恒流源輸出的電流合并流經(jīng)所述精密電阻，為所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器提供參考電壓；所述控制器用于根據(jù)所述第一數(shù)字信號(hào)和第二數(shù)字信號(hào)獲得熱電阻信號(hào)的最終測(cè)量結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電阻信號(hào)的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述充電控制單元包括設(shè)置于所述第一恒流源和飛電容第一極板之間的第一開(kāi)關(guān)、設(shè)置于所述第二恒流源和 飛電容第二極板之間的第二開(kāi)關(guān)；當(dāng)所述第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，所述第一恒流源和 第二恒流源對(duì)所述飛電容進(jìn)行第一次充電；設(shè)置于所述第一恒流源和飛電容第二極板之間的第三開(kāi)關(guān)、設(shè)置于所述第二恒流源和 飛電容第一極板之間的第四開(kāi)關(guān)；當(dāng)所述第三開(kāi)關(guān)和第四開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，所述第一恒流源和 第二恒流源對(duì)所述飛電容進(jìn)行第二次充電；以及，設(shè)置于所述第一恒流源和第二恒流源之間、連接所述第一恒流源的第五開(kāi)關(guān)和 連接所述第二恒流源的第六開(kāi)關(guān)；當(dāng)所述第五開(kāi)關(guān)和第六開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，所述第一恒流源和 第二恒流源輸出的電流合并流經(jīng)所述精密電阻，為所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器提供參考電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱電阻信號(hào)的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括設(shè)置于所述第一引線上與所述第一開(kāi)關(guān)連接的第七開(kāi)關(guān)；設(shè)置于所述第二引線上與所 述第二開(kāi)關(guān)連接的第八開(kāi)關(guān)；以及，設(shè)置于所述第三引線上連接地端的第九開(kāi)關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱電阻信號(hào)的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括連接所述第一開(kāi)關(guān)和所述飛電容的第一極板、且連接所述第四開(kāi)關(guān)和所述飛電容的第 一極板的第十開(kāi)關(guān)，以及，連接所述第二開(kāi)關(guān)和所述飛電容的第二極板、且連接所述第三開(kāi) 關(guān)和所述飛電容的第二極板的第十一開(kāi)關(guān)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電阻信號(hào)的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述連接控制單元包 括設(shè)置于所述飛電容的第一極板與所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器之間的第十二開(kāi)關(guān)，以及，設(shè)置于所 述飛電容的第二極板與所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器之間的第十三開(kāi)關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的熱電阻信號(hào)的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括單位增益放大器，所述單位增益放大器的正向輸入端連接所述第十二開(kāi)關(guān)，所述單位 增益放大器的負(fù)向輸入端連接輸出端，所述輸出端連接所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱電阻信號(hào)的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述單位增益放大器 為運(yùn)算放大器，用于使所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器在對(duì)所述飛電容存儲(chǔ)的電壓信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的時(shí)間 內(nèi)，所述飛電容上的泄漏電流維持在測(cè)量精度要求的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電阻信號(hào)的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述第一恒流源和第 二恒流源的電流值相等。
9.根據(jù)權(quán)利要求2-8中任一項(xiàng)所述的熱電阻信號(hào)的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述開(kāi)關(guān) 為模擬開(kāi)關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種熱電阻信號(hào)的測(cè)量系統(tǒng)，包括第一恒流源和第二恒流源、飛電容、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、精密電阻、控制器、設(shè)置在所述飛電容與熱電阻之間且連接所述第一恒流源和第二恒流源的充電控制單元及設(shè)置在所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器與飛電容之間的連接控制單元。通過(guò)本發(fā)明，能夠提高測(cè)量熱電阻信號(hào)的準(zhǔn)確性。
文檔編號(hào)G01K7/16GK101806640SQ20101015309
公開(kāi)日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2010年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月20日
發(fā)明者史洪源, 周有錚, 王常力, 虞日躍 申請(qǐng)人:杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司