[发明专利]一种高精度铂电阻测温系统及基于该系统的测温方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种温度测量系统，尤其是一种高精度铂电阻测温系统。

背景技术

温度是国际单位制中7个基本物理量之一。标准铂电阻温度计具有高精度、高灵敏性和高稳定性等特点，因而被广泛应用于智能仪器仪表的温度测量。现有方法大多是先将电阻变化通过电阻桥转换为电压信号，再经过一系列滤波和放大处理后，送入A/D转换器完成温度采集。这类方法需要解决好两个问题：(1)由于温度对铂电阻阻值和放大器带来的影响，系统在环境温度变化时会产生一定的系统误差。在高精确度测量中，寻找有效的温度补偿方法是需要面临的难题之一。(2)随着测量精度的提高，高分辨率A/D转换器的价格大增，导致测量仪器成本过高是所面临的另一个问题。

发明内容

本发明设计的目的是针对现有技术的不足，提供一种低成本、高测量精度的铂电阻测温系统及基于该测温系统的测温方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种高精度铂电阻测温系统，包括RC振荡器、频率测量芯片、参考时钟电路、单片机、液晶显示器和上位机；RC振荡器的输出端与频率测量芯片的输入端连接，参考时钟电路的输出端与频率测量芯片的时钟端连接，频率测量芯片和单片机通过SPI总线连接，单片机分别与液晶显示器、上位机连接；所述RC振荡器包括第一电容C1和铂电阻传感器Rt，其中铂电阻传感器Rt的一端与频率测量芯片的N脚连接，铂电阻传感器Rt另一端分别与频率测量芯片的P脚、第一电容C1的一端相连，第一电容C1的另一端接地。

本发明的高精度铂电阻测温系统的单片机与上位机连接方式为无线RS-232串口连接方式。

本发明的高精度铂电阻测温系统的参考时钟电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第二电容C2、第三电容C3、晶体振荡器X1以及反相器IC1；其中第一电阻R1的一端与第二电容C2的一端连接，第二电容C2的另一端与晶体振荡器X1的一端连接后接地，晶体振荡器X1的另一端与第三电容C3的一端连接后接地，第三电容C3的另一端分别与第二电阻R2的一端、反相器IC1的输入端连接，反相器IC1的输出端分别与第一电阻R1的另一端、第二电阻R2的另一端、频率测量芯片的CLK脚连接。

本发明的高精度铂电阻测温系统单片机采用C8051F021单片机。

本发明还提供一种基于本发明的高精度铂电阻测温系统的测温方法，包括以下步骤，

步骤A，根据频率测量芯片电路得到的频率计数值标定高阶多项式系统，具体为：

①在铂电阻传感器Rt的测温范围内均匀改变恒温槽的温度值，同时分别记录频率计数值与标准温标测得的温度值，得到两组相对应的频率计数值和标准温度值；

②采用高阶多项式对①步中得到的两组相对应的频率计数值和标准温度值进行回归，得到频率计数值与标准温度值的映射关系，求得一组高阶多项式系数；

步骤B，上位机向单片机发送启动采集命令；

步骤C，单片机收到启动采集命令后，打开RC振荡器并开始对震荡频率计数；

步骤D，计数周期结束后，单片机在本地保留计数值，同时也将该计数值发送回上位机；

步骤E，上位机对该计数值进行IIR滤波后，再通过步骤A标定的高阶多项式系数解算出实际温度值。

基于本发明的测温方法中采用的高阶多项式是11阶多项式。

其测量结果分两种方式进行显示，一种以LCD方式在本地显示，另一种通过串口与上位机连接，在上位机中显示并保存。

有益效果：

本发明的有益效果是：

(1)、铂电阻采用二线制接法，与固定电容构成RC振荡器，将铂电阻变化量转换为频率信号，解决了传统方法中不平衡电阻桥所带来的非线性问题；

(2)、铂电阻工作在无源状态，且整个电路有数字芯片组成，免去了温变等不确定性因素引发的补偿问题；

(3)、通过测量频率变化量，直接通过高阶多项式解算铂电阻的阻值变化，从而计算出被测温度值，省去A/D环节，在高精度测温时大幅降低了设备成本；

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的测温方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施做出进一步说明。图1是本发明的结构示意图。