[发明专利]一种温度测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及测控领域，尤其涉及一种温度测量装置及方法。

背景技术

在工业设备或民用电器中通常需对作业对象或环境进行监控，而热电偶是目前应用最广泛的温度测量组件之一。热电偶测温的基本原理是基于塞贝克(Seeback)效应，具有测温范围广、构造简单、使用方便等特点。

热电偶通常包括保护套管、工作端及自由端。其中，工作端与自由端分别由两种不同的金属丝组成的两个热电极（如铜或铁的组合）焊接形成。热电偶的工作端用于检测作业对像或环境温度，设置于待测作业环境中或与待测作业对像相接触。热电偶的自由端则与仪表相连。如果热电偶的工作端与自由端存在温度差，则工作端与自由端之间将产生电动势，由仪表测出。

然而，由热电偶构成的测温装置中通常需要采用仪用放大器IC或者采用多个运放单元构建的仪用放大器对热电偶的微弱信号进行放大，从而获得高输入阻抗和高共模抑制比。但是，性能再好的仪用放大器也存在一定的输入电压漂移（Vos），无法具备理想特性。另外，输入电压漂移会随着环境或测量温度而变化，即存在温漂；且输入电压漂移亦会随着运行时间而变化，即存在时漂。

目前，解决上述问题的通常作法就是根据需要选用低输入电压漂移量的仪用放大器IC，相应将导致温度测量装置的成本急剧上升。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是克服上述现有技术中存在的缺点和不足，提供一种温度测量装置，采用软硬件结合的方式避免使用低输入电压漂移的仪用放大器IC，使用较低的成本即可实现高精度的温度测量。

本发明提供一种温度测量装置，包括检测单元、运放单元、开关单元及控制单元。其中，检测单元，用于检测待测温度，并相应输出检测电压。运放单元，用于接收并放大所述检测单元输出的检测电压，并相应输出放大电压。开关单元，连接于所述检测单元及运放单元之间，用于控制检测单元及运放单元间连接的导通及关闭使得所述运放单元所接收的输入电压分别为零及所述检测单元输出的检测电压。控制单元，用于所述控制开关单元的导通及关闭，并根据所述运放单元在所述开关单元导通及关闭时输出的两个放大电压的差值计算测量温度。

作为本发明的进一步改进，所述开关模块包括开关电路，所述开关电路由第一晶体管及第二晶体管构成。

作为本发明的进一步改进，所述开关模块包括继电器。

作为本发明的进一步改进，所述检测单元包括热电偶，所述热电偶包括工作端及自由端。工作端，用于检测温度。自由端，用于输出检测电压。 

作为本发明的进一步改进，所述热电偶的自由端设置于恒温环境。 

作为本发明的进一步改进，所述运放单元包括第一电阻、第一参考电压、第一电容及运算放大器。所述运算放大器包括第一接脚、第二接脚、第三接脚及第四接脚。第一接脚，用于接收所述检测单元输出的检测电压。第二接脚，经所述开关单元与所述第一接脚相连，并经所述第一电阻与所述第一电参考电压相连。第三接脚，与所述第一参考电压相连。第四接脚，用于将所述运放单元输出的放大电压输出所述控制单元。

作为本发明的进一步改进，所述控制单元包括第二电阻、第二电容、第二参考电压及微控制器。第二参考电压，大于所述所述第一参考电压。所述微控制器包括第一引脚、第二引脚、第三引脚、第四引脚及接地引脚。其中，第一引脚，用于接收所述运放单元输出的放大电压。第二引脚，用于连接所述第二参考电压，并经所述第二电容接地。第三引脚，经由所述第二电阻与所述开关单元相连，用于控制所述开关单元的导通与关闭。第四引脚，用于输出测量温度值。接地引脚，用于接地。 

作为本发明的进一步改进，所述控制单元在根据所述运放单元在所述开关单元导通及关闭时输出的两个放大电压的差值计算测量温度时，对所述检测单元进行冷端补偿处理。 

本发明还提供了一种温度检测方法，包括：控制单元控制检测单元及运放单元间连接关闭；所述运放单元放大所接收的第一检测电压，并相应输出第一放大电压至所述控制单元；所述控制单元控制所述检测单元及运放单元间连接导通；所述运放单元放大所收接收的第二检测电压，并相应输出第二放大电压至所述控制单元；及所述控制单元计算所述第一及第二放大电压的差值，并相应得到测量温度值。

本发明所提供的温度测量装置及方法通过控制检测单元及运放单元间连接的导通及关闭，利用运放单元输出的两个放大电压的差值计算实际检测温度，消除了运算放大器输入电压漂移的影响。因此，本发明所提供的温度检测装置及方法中只需采用普通运算放大器即可获得不受运算放大器输入电压漂移影响的高精度的温度测量结果，具有极高的性价比。