[发明专利]一种高精度温度测量装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种温度测量装置，特别涉及一种利用铂电阻进行四线制温度测量的高精度温度测量装置及其测量方法。

背景技术

铂电阻温度传感器是利用金属铂的电阻值会随着温度高低不同而发生相应变化这一物理特性进行温度测量，具有很好的重现性和稳定性，并且温度范围广，可以达到-200～650℃，广泛应用于工业测温以及航空航天精密温度测量领域，并且被制成标准温度计供计量和校准使用，因此对铂电阻温度传感器的温度测量装置要求其具有高精度、高稳定性和多路一致性等特点。

目前多数铂电阻温度测量装置采用两线制不平衡电桥技术，通过电压源进行供电。采用这种两线制测温方法进行设计的缺点是铂电阻两端电压与连接铂电阻的引线电压共同构成铂电阻温度传感器的输出电压值，由于导线电阻带来的附加误差使得实际测量电压值偏高，因此该测量装置导线不宜过长，且只能用于测温精度要求不高的场合。

目前一种改进的铂电阻温度测量装置采用三线制不平衡电桥技术，将铂电阻作为电桥的一个桥臂电阻，桥臂两端各分别连接铂电阻的两根引线，铂电阻的另外一根引线连接到电压测量装置，这样消除了引线电阻带来的测量误差，但该电桥必须为全等臂电桥，且引出的三根导线截面积和长度均相同，否则不会完全消除导线电阻的影响。

目前另一种改进的铂电阻温度测量装置采用四线制测量技术，铂电阻两条引线提供恒定电流，通过另两条引线测量铂电阻两端的电压降，通过一级差动放大电路和一级单双极转换放大器实现对铂电阻两端的电压测量。这种方法完全消除了铂电阻引线带来的误差，但缺点是三个放大器级联造成测量精度难以控制，增大了输入电压偏移量和输入噪声，并且采用三个精密运算放大器增加了电路成本和电路面积，且多路一致性不好。

发明内容

为了解决上述三种通用的温度测量装置存在的问题，本发明的目的在于提供一种高精度温度测量装置及其测量方法，通过精密仪表放大器实现了对铂电阻温度传感器的高精度四线制温度测量，适用于低成本、高精度、稳定性和一致性好的精密温度测量领域。

为了实现上述目的，本发明提供一种高精度温度测量装置，包括：低漂移电压参考电路部分、测量隔离电路部分、铂电阻温度传感器和精密仪表放大电路部分。

所述低漂移电压参考电路部分，由高精度电压基准和微调滑动变阻器组成，为所述测量隔离电路部分提供低漂移的基准电压，电压漂移低于10×10^-6/℃；

所述测量隔离电路部分，由高增益且补偿电压接近零的高精度放大器和精密电阻组成，用于为铂电阻温度传感器提供恒流源；

所述铂电阻温度传感器，采用四线制接法，其中，两引线电阻连接到所述测量隔离电路部分作为动力引线，另外两引线电阻连接到精密仪表放大电路部分作为传感引线；

所述精密仪表放大电路部分，由精密仪表放大器和精密电阻组成，将铂电阻温度传感器的两条传感引线连接到所述精密仪表放大器，通过改变精密电阻阻值，即可控制精密仪表放大器的增益。这里，所述精密仪表放大器的输入阻抗要求足够高，保证输入端没有电流流过。

另外，本发明还提供一种高精度温度测量装置的测量方法，包括如下步骤：

1)将低漂移电压参考电路部分、测量隔离电路部分、铂电阻温度传感器和精密仪表放大电路部分进行连接之后，测量构成所述精密仪表放大电路部分的精密仪表放大器电压输出电压Vout；

2)根据所述精密仪表放大器的增益G，计算得到铂电阻温度传感器两端的电压：V＝Vout/G；

3)通过欧姆定律计算得到铂电阻温度传感器的阻值Rt＝V/I，其中，I为恒流源电流，然后通过查询铂电阻温度传感器的阻值与温度的关系分度表得到精确的温度值。

这里，由于铂电阻温度传感器通过两条动力引线串联于恒流源中，电流恒定，因此通过欧姆定律即可得到铂电阻温度传感器的阻值，又由于铂电阻温度传感器的阻值随温度变化而变化，通过查询铂电阻温度传感器的阻值与温度的关系分度表，即可得到精确的温度值。

本发明的一种高精度温度测量装置及测量方法的有益效果在于：适用于低成本、高精度、稳定性和一致性好的精密温度测量领域。为了满足多方面的需求，对通用的三种温度测量装置进行了优化改进设计，通过精密仪表放大器实现了对铂电阻温度传感器的高精度四线制温度测量，使该温度测量装置的精度更高、稳定性和多路一致性更好，且降低了成本，应用范围更加广泛。

附图说明

图1是本发明的高精度温度测量装置的组成框图。

图2是本发明的高精度温度测量装置的电连接示意图。

图3是本发明的高精度温度测量装置的测量方法的流程图。