[发明专利]数码显示温度检测系统和数码显示温度检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及数字测温技术领域，是一种高分辨率、宽测量范围、低成本的数码显示温度检测系统和数码显示温度检测方法。

背景技术

在工农业生产、国防和科研领域中，数码显示温度检测系统凭借其精确、直观等优点有着重要的应用。数码显示温度检测系统的设计中一般要利用温度传感器作为温度检测的探头，温度传感器能够将温度的变化转换为可以测量的电量(如电阻、电势等)的变化。数码显示温度检测系统的设计一般是将温度传感器接入检测电路中，然后从检测电路中采集到随温度变化而改变的模拟电压信号，模拟电压信号经过放大器增益后传送给模/数转换器，模/数转换器将模拟电压信号转换成对应的数字电压信号，并将其传送给微处理器，微处理器将其转换为相应的温度值，并控制数码显示器进行数码显示，显示检测到的温度值。

根据应用场合的不同，数码显示温度检测系统有不同的分辨率、精度和测温范围要求，可以采用不同种类的温度传感器作为探头。相关专利和市场上的数码显示温度检测系统温度传感器一般采用热电偶、铂电阻或热敏电阻。热电偶是一种电势随温度的变化而改变的热电式传感器，其结构简单，温度测量范围宽，常用的热电偶可测高温达1600℃，低温达-50℃，但是其分辨率较低，一般在1℃以上；铂电阻温度传感器是一种常用的热电阻传感器，温度测量范围较宽，常用的铂电阻温度传感器可测高温达850℃，低温达-250℃，而且具有精度高、稳定性好的优点，但是其电阻温度系数比较小，在高温还原性气氛中使用，容易被污染，使用性能变差，产生脆性以后，会使电阻温度系数发生变化，从而产生测量误差，而且铂材料价格昂贵；NTC热敏电阻是采用陶瓷工艺制成的温度传感器，阻值随温度的升高而呈指数规律减小，与其他温度传感器相比，NTC热敏电阻分辨率高、体积小、响应快、精度高、性能稳定，特别是在-50～+300℃范围内，被广泛使用。

高分辨率、宽测量范围的温度检测系统除了对温度传感器有较高的要求以外，还对系统的硬件资源及其利用效率有较高的要求。对系统硬件资源的要求主要体现在模/数转换器的高位数和微处理器的多字长，这自然会提高系统的成本；系统硬件资源的利用效率的提高一般通过对模拟电压信号与温度值的变化关系的线性化处理来实现，而线性化处理只能在一定范围内近似有效，如果要在较宽的温度范围内进行线性化处理，则需要将测量范围划分为多段，在每一段内分别进行线性化处理，在温度测量时利用开关进行切换。例如，在河北省标准计量学校设计的“精密数显热敏电阻温度计”(中国专利，申请号为87214459)中，将NTC热敏电阻传感器连接在惠斯通电桥中，在不同的测温范围内与3个阻值恒定的电阻组成惠斯通电桥，利用电桥输出电压对NTC热敏电阻阻值的非线性与NTC热敏电阻阻值对温度的非线性凹凸特性方向相反，合适的选择与NTC热敏电阻同一桥臂的分压电阻R₂的取值，使电桥输出电压对温度近似成线性关系，分压电阻R₂的选择公式为：