[发明专利]一种三线制热电阻测量电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种高精度温度测量技术领域，尤其涉及一种三线制热电阻测量电路。

背景技术

高精度温度测量是工业生产领域的一个重要课题。金属铂材料制成的热电阻由于其具有精度高、稳定性、重现性和互换性好等特点，成为工业测温系统中被广泛使用的一种比较理想的测温元件。由于三线制热电阻具有成本较低、接线比较方便、测量精度较高等特点，是目前最常用的一种热电阻接线方式。被广泛应用的三线制热电阻的测量方法有不平衡电桥法和双恒流源法。

如图1所示为三线制不平衡电桥法测量原理图。其中A、B、C为通过连接导线引出的热电阻的三个接线端子，Vr为基准参考电压，R1、R2和R3为电桥的三个固定桥臂电阻， Rt为热电阻在温度为t℃时的阻值，r为三根截面积和长度都相等的连接导线的阻值，G为测量电路。利用该方法，连接导线的电阻r将对测量结果产生很大的影响，该误差在高精度温度测量应用环境下是无法接受的。

如图2所示为三线制双恒流源法测量原理图。同样，A、B、C为三个接线端子，Ia和Ib为两个电流相等的恒流源，r是连接导线的阻值，Rt为热电阻在温度为t℃时的阻值，G为测量电路。利用该方法虽然能够消除导线阻值r对测量结果的影响，但是它的测量精度是建立在两个恒流源电流一致性很好的基础上。实际应用中，任何恒流源都会存在时间漂移和温度漂移，恒流源的一致性会受到影响，从而造成较大的测量误差。

中国专利200810036435.6公开了一种热电阻三线制、四线制复用测量温度的方法，该发明所公开的三线制热电阻的测量方法不准确，且完全没有考虑到双恒流源匹配精度的问题。所以该方法声称可以用三线制热电阻实现四线制热电阻的采样精度值得商榷。

中国专利201110161316.5公开了一种消减三线制热电阻测量误差的方法，该发明公开的三线制热电阻的测量方法，虽然能够大幅消减双恒流源匹配误差对热电阻采样值的影响，但是需要增加额外的控制电路，实现两个恒流源与热电阻连接关系的切换，增加测量系统复杂性，不利于温度的远程测量。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种高精度三线制热电阻测量电路。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种三线制热电阻测量电路，包括：一恒流源与该三线制热电阻连接的第一端子连接，用于为该三线制热电阻提供激励；一信号调理模块的第一输入端与该恒流源连接，该信号调理模块的第二输入端与该三线制热电阻连接的第二端子连接，该信号调理模块的第三输入端连接一直流偏置电压；该信号调理模块的输出端连接一放大电路的输入端，该放大电路的输出端连接一A/D采样器，该A/D采样器的电压与该热电阻的阻值成一线性关系。

更进一步地，该三线制热电阻的第三端子接地；该直流偏置电压接地。

更进一步地，所述信号调理模块包括一放大电路，一加法电路以及一减法电路，所述信号调理模块的放大电路的输入端与所述信号调理模块的第二输入端连接，所述信号调理模块的放大电路的输出端与所述加法电路输入端连接，所述加法电路的另一输入端与所述直流偏置电压连接，所述加法电路输出端与所述减法电路的输入端连接，所述减法电路的另一输入端与所述信号调理模块的第一输入端连接，所述减法电路的输出端与所述信号调理模块的输出端连接。

更进一步地，所述信号调理模块的放大电路的放大倍数为2倍。

更进一步地，所述信号调理模块包括第一、第二、第三集成运算放大器和电阻R1、R2、R3、R4；所述放大电路包括第四集成运算放大器和电阻R5、R6；所述第一集成运算放大器的正输入端与所述信号调理模块的第一输入端连接，输出端与所述电阻R3连接；所述第二集成运算放大器的正输入端与所述信号调理模块的第二输入端连接，输出端与所述电阻R1连接；所述第三集成运算放大器的正输入端与所述电阻R1、R2连接，其负输入端与所述电阻R3、R4连接，其输出端与所述电阻R5连接，所述电阻R2与所述直流偏置电压连接，所述第四集成运算放大器的正输入端接地，其负输入端与所述电阻R5、R6连接，其输出端与所述A/D采样器连接。

更进一步地，所述R1=R4=R，R2=R3=2R，所述直流偏置电压和由R5、R6组成的比例放大系数根据温度测量范围以及所述A/D采样器的测量量程决定。

更进一步地，该第一、第二集成运算放大器为电压跟随器。