[发明专利]一种基于交叉轮询机制的多通道快速高精度测温系统

说明书

本发明公开了一种基于交叉轮询机制的多通道快速高精度测温系统。本发明通过配置模拟开关阵列电路，实现任意一个铂电阻电压信号及参考电阻电压信号分时地被(n+1)个ADC采集，并确保任意一个ADC实现对所有(n+1)个电压信号的采集。通过计算任意一个ADC采集的n个铂电阻电压与参考电阻电压之间的比值，获得n个铂电阻阻值，再对(n+1)个不同ADC获得的同一通道的铂电阻与参考电阻比值求平均，并转换成温度，实现多通道快速高精度温度测量。该发明的有益效果是克服了现有测温电桥测温精度或速率随通道数增加而下降的缺点。

技术领域

本发明涉及温度计量测试领域，更具体地涉及一种基于交叉轮询机制的多通道快速高精度电阻比率测温系统。

背景技术

在许多计量领域和工业应用中，通常需要多通道快速高精度的温度测量。例如，在质量溯源领域，质量比较仪的环境温度需实时高精度测量以实现质量动态补偿，从而满足低不确定度量值传递要求；在铂电阻传感器生产制造中，需要响应快速的多通道电阻测温系统来实现传感器在线校准与分拣。

目前，在温度计量测试领域有两种工作原理的测温仪。一种是基于变压器的，通过调节原边次边线圈匝数比实现电阻比率测量，通常所述的交流电阻电桥或直流电桥比较技术属于这一类型，该类电桥被认为是精度最高的测温仪，但其高成本、大尺寸和低速率阻碍了它们在现场校准、工业现场多通道温度监测等领域中的应用。另一种是基于模数转换器(ADC)的，例如数字测温仪，数字万用表等。该类测温仪具有低成本和高集成度等优点，也可以通过继电器扩展成多通道结构。但其核心结构通常是单个或者若干个并列的ADC。当其工作在多通道扫描模式时，其测量精度或者测量速率相对于单通道模式明显下降，难以满足多点温度的快速高精度测量。根据上述情况，发明一种低成本多通道快速温度测量系统，克服现有测温仪在多通道扫描模式下精度或速率下降缺点，在多通道快速高精度温度计量测试领域中具有重要意义。

发明内容

针对背景技术中提到的现有测温仪在多通道扫描模式下存在精度或效率下降的问题，本发明采用多片ADC芯片，设计了一种基于交叉轮询机制的多通道快速高精度测温系统。

本发明采用的技术方案是：

基于交叉轮询机制的多通道快速高精度温度测量系统，由n个四线制铂电阻、一个参考电阻、一个恒流源驱动电路、模拟开关阵列电路、(n+1)个仪用放大电路、(n+1)个ADC、一片单片机构成。所述模拟开关阵列电路，可以实现铂电阻电压、参考电阻电压与放大电路之间的任意连接。

所述基于交叉轮询机制的多通道快速高精度温度测量系统工作原理为：一个恒定的直流电流通过n个铂电阻和一个参考电阻，产生(n+1)个不同的电压信号。通过配置模拟开关阵列电路，实现任意一个电压信号分时地被(n+1)个ADC采集，并确保任意一个ADC实现对所有(n+1)个电压信号的采集。通过计算任意一个ADC采集的n个铂电阻电压与参考电阻电压之间的比值，获得n个铂电阻阻值。再对(n+1)个不同ADC获得的同一通道的铂电阻与参考电阻比值求平均，并转换成温度，实现多通道快速高精度温度测量。

进一步说，在所述基于交叉轮询机制的多通道快速高精度温度测量系统中，对于每一次轮询，通过模拟开关阵列配置电流流向从铂电阻至参考电阻，采集电压一次；再配置电流流向从参考电阻至铂电阻，采集电压一次，将两次采集电压求和，消除铂电阻接口电路寄生热电动势、放大电路失调漂移等误差对铂电阻测量的影响。

进一步说，所述基于交叉轮询机制的多通道快速高精度温度测量系统中，任意一个铂电阻与参考电阻之间的比值均由同一个ADC计算，然后再由多个ADC计算的比值求平均，并换算成温度，这一过程消除了各个放大电路之间增益的误差。

与现有的高精度测温电桥相关，本发明的有益效果是：