超低功耗高精度數字溫度計的原理及校正誤差方法

今天為大家介紹一項國家發明授權專利——超低功耗高精度標準數字溫度計穩定電路及誤差校正方法。該專利由廈門市計量檢定測試院申請，并于2016年10月26日獲得授權公告。

內容說明

本發明涉及一種超低功耗高精度標準數字溫度計穩定電路及誤差校正方法。

發明背景

當前用作中溫范圍（ -60～ 300 ）℃的標準溫度計主要有2種形式：采用標準玻璃水銀溫度計，但是標準玻璃水銀溫度計由于其精度低、示值影響因素多、使用不方便、易粹、有毒等缺點，特別是2013年10月9日～12日，我國參加并簽署了《關于汞的水俁公約》，根據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等含汞產品的生產和銷售，因此，標準水銀溫度計必將面臨淘汰并退出溫度量傳系統。采用高精度溫度測量儀表（ 表頭）匹配標準鉑電阻傳感器組成標準數字溫度計，這種標準數字溫度計雖然克服了標準玻璃水銀溫度計的很多缺點，但其自身也存在以下缺點：a、采用交流電時，不僅不方便，且電磁干擾更容易對示值造成影響；b、環境溫度要求較高，一般的中溫實驗室環境常常達不到要求，現場和戶外的使用就更加困難了；c、誤差指標只局限于匹配標準鉑電阻，當匹配工業鉑電阻時，其整機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??；e、由于標準鉑電阻外形尺寸較大（相比精密工業鉑電阻），使其不能用在較小空間的溫度測量。

針對現有標準數字溫度計存在的缺點，本發明人曾發表了一篇“提高智能儀表整機準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傳感器的固有誤差進行校正，但是經過更深入的研究后，本發明人發現環境溫度、電路干擾、電流變化等對儀表精度的影響也很大，因此提出了本發明方案，進一步把匹配工業鉑電阻的數字溫度計整機準確度提高到標準級的精度。

發明內容

本發明要解決的技術問題，在于提供一種超低功耗高精度標準數字溫度計穩定電路及誤差校正方法，通過使用穩定電路及對傳感器潛在精度進行挖掘，使數字溫度計即使匹配工業鉑電阻也能達到標準級的精度，且功耗超低，并增加了數字溫度計的應用場合，在（ 5～50 ）℃范圍的環境溫度下使用時，測量精度將不受環境溫度影響，并可以用于恒溫槽溫場、微小溫差測量等場合。

本發明要解決的技術之一是這樣實現的：超低功耗高精度標準數字溫度計穩定電路，所述穩定電路包括：高穩定度恒流源模塊、模擬開關IC103、傳感器、輸入模塊、雙運放差分前置放大模塊、模數轉換器IC5及單片機IC7。

本發明中所述高穩定度恒流源模塊包括低溫漂基準電壓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IC103的引腳2、引腳14，所述電阻R25的另一端還連接一穩定電源，所述低溫漂基準電壓IC101的公共端連接至所述低功耗零溫漂放大器IC102的負電源端，所述低溫漂基準電壓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IC103的引腳9，所述模數轉換器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IC103的引腳1及引腳16還連接至所述單片機IC7；輸入模塊直接或通過所述雙運放差分前置放大模塊連接至所述模數轉換器IC5；模數轉換器IC5的引腳24至引腳27連接至所述單片機IC7。

本發明要解決的技術問題之二是這樣實現的：超低功耗高精度標準數字溫度計誤差校正方法，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測量值進行自動修正：利用實時校正法、證書校正法或自我溯源法對傳感器進行校正并形成校正記錄，同時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據計算出測量值x的修正值c，同時引入環境溫度補償：環境溫度t對測量值x的影響。

本發明具有如下優點：首先，對傳感器的固有誤差進行了校正，充分挖掘了傳感器的潛在精度，實現了即使采用工業鉑電阻傳感器也能達到標準級精度；對環境溫度進行補償，使得數字溫度計的應用場合更寬廣，且在（ 5～50 ）℃范圍的環境溫度中使用時，測量精度將不受環境溫度影響；同時，采用高穩定度硬件電路，使電流變化對示值影響大大減小了，且功耗超低，整機功耗電流小于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。