超低功耗高精度數(shù)字溫度計(jì)的原理及校正誤差方法

今天為大家介紹一項(xiàng)國家發(fā)明授權(quán)專利——超低功耗高精度標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字溫度計(jì)穩(wěn)定電路及誤差校正方法。該專利由廈門市計(jì)量檢定測試院申請(qǐng)，并于2016年10月26日獲得授權(quán)公告。

內(nèi)容說明

本發(fā)明涉及一種超低功耗高精度標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字溫度計(jì)穩(wěn)定電路及誤差校正方法。

發(fā)明背景

當(dāng)前用作中溫范圍（ -60～ 300 ）℃的標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)主要有2種形式：采用標(biāo)準(zhǔn)玻璃水銀溫度計(jì)，但是標(biāo)準(zhǔn)玻璃水銀溫度計(jì)由于其精度低、示值影響因素多、使用不方便、易粹、有毒等缺點(diǎn)，特別是2013年10月9日～12日，我國參加并簽署了《關(guān)于汞的水俁公約》，根據(jù)該公約全世界所有成員國到2020年將全面禁止包括水銀溫度計(jì)等含汞產(chǎn)品的生產(chǎn)和銷售，因此，標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)必將面臨淘汰并退出溫度量傳系統(tǒng)。采用高精度溫度測量儀表（ 表頭）匹配標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻傳感器組成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字溫度計(jì)，這種標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字溫度計(jì)雖然克服了標(biāo)準(zhǔn)玻璃水銀溫度計(jì)的很多缺點(diǎn)，但其自身也存在以下缺點(diǎn)：a、采用交流電時(shí)，不僅不方便，且電磁干擾更容易對(duì)示值造成影響；b、環(huán)境溫度要求較高，一般的中溫實(shí)驗(yàn)室環(huán)境常常達(dá)不到要求，現(xiàn)場和戶外的使用就更加困難了；c、誤差指標(biāo)只局限于匹配標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻，當(dāng)匹配工業(yè)鉑電阻時(shí)，其整機(jī)誤差就完全被傳感器的誤差所決定，高精度的表頭便失去了作用；d、有些是單通道，不能測量恒溫槽溫場，附加用途小；e、由于標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻外形尺寸較大（相比精密工業(yè)鉑電阻），使其不能用在較小空間的溫度測量。

針對(duì)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字溫度計(jì)存在的缺點(diǎn)，本發(fā)明人曾發(fā)表了一篇“提高智能儀表整機(jī)準(zhǔn)確度的一種軟件校正方法”的論文，主要講述了如何利用軟件來對(duì)傳感器的固有誤差進(jìn)行校正，但是經(jīng)過更深入的研究后，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)環(huán)境溫度、電路干擾、電流變化等對(duì)儀表精度的影響也很大，因此提出了本發(fā)明方案，進(jìn)一步把匹配工業(yè)鉑電阻的數(shù)字溫度計(jì)整機(jī)準(zhǔn)確度提高到標(biāo)準(zhǔn)級(jí)的精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題，在于提供一種超低功耗高精度標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字溫度計(jì)穩(wěn)定電路及誤差校正方法，通過使用穩(wěn)定電路及對(duì)傳感器潛在精度進(jìn)行挖掘，使數(shù)字溫度計(jì)即使匹配工業(yè)鉑電阻也能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)級(jí)的精度，且功耗超低，并增加了數(shù)字溫度計(jì)的應(yīng)用場合，在（ 5～50 ）℃范圍的環(huán)境溫度下使用時(shí)，測量精度將不受環(huán)境溫度影響，并可以用于恒溫槽溫場、微小溫差測量等場合。

本發(fā)明要解決的技術(shù)之一是這樣實(shí)現(xiàn)的：超低功耗高精度標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字溫度計(jì)穩(wěn)定電路，所述穩(wěn)定電路包括：高穩(wěn)定度恒流源模塊、模擬開關(guān)IC103、傳感器、輸入模塊、雙運(yùn)放差分前置放大模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換器IC5及單片機(jī)IC7。

本發(fā)明中所述高穩(wěn)定度恒流源模塊包括低溫漂基準(zhǔn)電壓I C1 01、低功耗零溫漂放大器IC102、電阻R19及電阻R25，所述低溫漂基準(zhǔn)電壓IC101的輸入端連接至所述低功耗零溫漂放大器IC102的正電源端，該低功耗零溫漂放大器IC102的正電源端又分別連接至所述電阻R25和所述模擬開關(guān)IC103的引腳2、引腳14，所述電阻R25的另一端還連接一穩(wěn)定電源，所述低溫漂基準(zhǔn)電壓IC101的公共端連接至所述低功耗零溫漂放大器IC102的負(fù)電源端，所述低溫漂基準(zhǔn)電壓IC101的輸出端依次通過電阻R101、電阻R103連接至所述低功耗零溫漂放大器IC102的同相輸入端；所述低功耗零溫漂放大器IC102的反相輸入端依次通過電阻R104、電阻R106連接至所述模擬開關(guān)IC103的引腳9，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器IC5的引腳9通過電阻R125與所述電阻R106連接，所述電阻R19與所述電阻R106和電阻125的共用端相連接，所述低功耗零溫漂放大器IC102的輸出端通過電阻R126連接至所述模擬開關(guān)IC103的引腳8。

所述傳感器包括第一通道傳感器PTD1及第二通道傳感器PTD2；所述第一通道傳感器PTD1的兩端分別與所述模擬開關(guān)IC103的引腳4和引腳13連接，所述第二通道傳感器PTD2的兩端分別與所述模擬開關(guān)IC103的引腳5和引腳12連接，且所述第一通道傳感器PTD1及第二通道傳感器PTD2均與所述電阻R19構(gòu)成比例測量電路，該第一通道傳感器PTD1與第二通道傳感器PTD2還連接所述輸入模塊；所述模擬開關(guān)IC103的引腳1及引腳16還連接至所述單片機(jī)IC7；輸入模塊直接或通過所述雙運(yùn)放差分前置放大模塊連接至所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器IC5；模數(shù)轉(zhuǎn)換器IC5的引腳24至引腳27連接至所述單片機(jī)IC7。

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題之二是這樣實(shí)現(xiàn)的：超低功耗高精度標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字溫度計(jì)誤差校正方法，所述方法包括以下步驟：將固有誤差的校正值保存到傳感器中并利用軟件對(duì)測量值進(jìn)行自動(dòng)修正：利用實(shí)時(shí)校正法、證書校正法或自我溯源法對(duì)傳感器進(jìn)行校正并形成校正記錄，同時(shí)將該校正記錄保存到傳感器中；之后利用保存在傳感器中的校正數(shù)據(jù)計(jì)算出測量值x的修正值c，同時(shí)引入環(huán)境溫度補(bǔ)償：環(huán)境溫度t對(duì)測量值x的影響。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：首先，對(duì)傳感器的固有誤差進(jìn)行了校正，充分挖掘了傳感器的潛在精度，實(shí)現(xiàn)了即使采用工業(yè)鉑電阻傳感器也能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)級(jí)精度；對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行補(bǔ)償，使得數(shù)字溫度計(jì)的應(yīng)用場合更寬廣，且在（ 5～50 ）℃范圍的環(huán)境溫度中使用時(shí)，測量精度將不受環(huán)境溫度影響；同時(shí)，采用高穩(wěn)定度硬件電路，使電流變化對(duì)示值影響大大減小了，且功耗超低，整機(jī)功耗電流小于2mA；精度較高，且采用雙通道，可用于恒溫槽溫場或微小溫差的測量。