专利名称：两线制热电阻测温导线电阻自动补偿的方法
技术领域：
本发明涉及ー种温度測量技木，特别涉及一种两线制热电阻测温导线电阻自动补偿的方法。
背景技术：
温度是目前エ业生产中最常用的生产过程參数之一，因此研究温度的測量方法和装置具有重要意义。实用的温度传感器种类很多，国外以辐射测温为主(占2/3)，国内则多采用热电偶和热电阻(占98%)。目前热电阻的引线主要有ニ线制、三线制和四线制三种方式。ニ线制在热电阻的两端各连接ー根导线来引出电阻信号的方式叫ニ线制。这种 引线方法很简单，但由于连接导线必然存在引线电阻R，电阻R的大小与导线的材质和长度的因素有夫，因此这种引线方式只适用于測量精度较低的场合。三线制在热电阻的根部的一端连接ー根引线，另一端连接两根引线的方式称为三线制，这种方式通常与电桥配套使用，可以较好的消除引线电阻的影响，是エ业过程控制中的最常用的引线电阻。四线制在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制，其中两根引线为热电阻提供恒定电流I，把R转换成电压信号U，再通过另两根引线把U引至二次仪表。这种引线方式可完全消除引线的电阻影响，主要用于高精度的温度检测。因此，传统的ニ线制热电阻阻值测量方法不仅存在导线电阻对热电阻阻值的影响，而且还存在因为温度变化而弓I起的温漂。
发明内容
本发明是针对ニ线制温度測量精度低和受外界温度影响大的问题，提出了ー种两线制热电阻测温导线电阻自动补偿的方法，利用电容充放电原理和单片机功能，巧妙精确计算出热电阻值。本发明的技术方案为一种两线制热电阻测温导线电阻自动补偿的方法，具体包括如下步骤
1)建立采样电路电路由内带A/D转换的单片机和恒流源组成，恒流源输出接两线制热电阻，单片机的A/D端ロ接两线制热电阻，在热电阻两端并联ー个电容，此电容为采样电容；
2)采样设定A/D转换器采样时间，单片机输出控制恒流源开关的端ロ，首先端ロ设定为1，关闭恒流源，到放电延时时间，端ロ设定为0，打开恒流源，到恒流源电流上升到额定的工作电流时间，A/D转换器开始采样电压值，把采样值赋给VI，然后再延时到充电时间，A/D转换器进行第二次采集，把第二次采集值赋给V2，单片机计算热电阻上的电压V3=V1-V2,电压除以恒流源输出恒流值得到热电阻阻值；
3)电容值校验用一根短接线代替电容，A/D转换器采集到实际的Vl值，比较步骤2)中的Vl值，如两值不同，返回步骤I)更换电容容值后，重复步骤2)采样，直到两值相同。所述采样电容充电时间小于恒流源的上升到额定的工作电流时间。所述恒流源内单片机选用MC9S12XS128单片机，内部12位逐次逼近型的A/D转换器。本发明的有益效果在于本发明两线制热电阻测温导线电阻自动补偿的方法，可应用于エ业现场各种温度測量中，相比普通ニ线制温度測量精度大大提高，达到一定等级要求，可节省硬件资源，简单、高效、经济、可靠性高，可应用于エ业现场各种温度測量中。
图I为本发明两线制热电阻测温导线电阻自动补偿的方法实现电路 图2为本发明两线制热电阻测温导线电阻自动补偿的方法中恒流源上电瞬间电容短路等效 图3为本发明两线制热电阻测温导线电阻自动补偿的方法恒流源上电一定时间后电容断路等效 图4为本发明两线制热电阻测温导线电阻自动补偿的方法程序流程图。
具体实施例方式两线制热电阻测温导线电阻自动补偿的方法是基于单片机采集系统，加上ー个构思巧妙的采样电容，系统使用最简单的设备解决了ー个复杂的问题。如图I电路图，包括由内带A/D转换的单片机组和恒流源组成，恒流源输出接两线制热电阻给其供电，单片机的A/D端ロ接两线制热电阻，在热电阻两端并联ー个电容C，此电容C称之为采样电容，电容相当于ー个盛电的容器，它对电流的阻抗是容性的，因此叫做容抗，容抗的ー个重要特性就是与当前的电容量成正比，电容当前的电容量越大，容抗越大，对电流的阻抗就越大；电容当前的电容量越小，容抗越小，对电流的阻抗就越小。电容在上电前，相当于电容量为零，即没有带任何电荷，这时的容抗也最�。ǖ缢布涞缌骱艽螅负跸嗟庇诙搪罚谏系缫欢问奔浜螅捎诘缛萆弦丫渎说绾桑馐钡娜菘棺畲螅鸬搅硕下返淖饔�。该方案通过单片机的I/O ロ控制恒流源的开、关。当打开恒流源时，热电阻回路上流过电流，由于刚刚上电，电容C上没有带任何电荷，几乎相当于短路，其等效图如图2所示，所以利用A/D采样到的电压Vl就是两个导线电阻上的电压之和；在恒流源打开一段时间后，电容上已经充满了电荷，相当于断路，等效图如图3所示，这时再通过A/D采样到的电压V2就是两个导线电阻和热电阻总阻值上的电压，通过单片机可以计算出热电阻上的电压V3，即V3=V2-V1。本发明采用的是恒流源，计算得到热电阻上的电压也就知道了热电阻的阻值，这样就消除了导线电阻对热电阻阻值的影响，从而使测温系统更加准确。本发明程序流程如图4所示。主程序首先把总线时钟设定，为A/D的转化周期提供时钟參考。之后对A/D转换器进行初始化，即对A/D转换器的工作方式、转换时间、精度等寄存器的设定。然后对单片机的I/O ロ即PAO ロ设置为输出口，并且首先设定为1，这样做的目的是关闭恒流源，之后延时100ms，让电容放电到零电荷。电容放完电后，PAO设定为0，打开恒流源。然后再延时20us，目的是为了让恒流源上升到额定的工作电流1mA。再进行A/D采样，把采到的值赋给VI，Vl就是电容上电瞬间的短路效应测量得到的导线电阻上的电压。然后在延时100ms，让电容充满电，使电容形成断路效应，最后再进行A/D采样，把采到的值赋给V2，V2就是导线电阻和热电阻总电阻上的电压。这样，就可以得知热电阻上的电压V3=V1-V2。采集数据如表1-5，表I当C=22uf, t=5. 3us时Vl的采样码值；表2当C=22uf,t=10. 6us时Vl的采样码值；表3当C=22uf，t=21. 2us时Vl的采样码值；表4当C=47uf,t=21. 2us时Vl的采样码值；表5当C=680uf，t=31. 8us时Vl的采样码值。表I
viloio|o|o|o|oio|o|o|o
表2 viloio|o|o|o|oio|o|o|o
表3
Vl]5l5|5|5|5|8l5|5|8|5
表4
Vl]4l4|4|4|4|4l5|4|4|4
表5
Vi Iio Iio [10 [ioIio]io]ioiio iio I jo
在实验数据采集时，用一根短接线代替电容，这样可以采集到导线电阻上实际正确的Vl 值，V1=4V。从实验数据中可以看出，当电容值为22uf和47uf时，只有延迟时间大于21. 2us时才能采到数据，也就是说，恒流源的上升时间10. 6us〈t〈21. 2us。同时，电容值C较大时采到的值比电容值C较小时采到的值误差大，所以不能为了获取比较大的电容充电时间而选取较大的电容，否则容易产生较大误差。经过多组实验对比，当电容值C=47uf时系统采到的值是最准确的，而且电容C充满电的时间小于恒流源的上升时间，测量的效果很好。所以本系统采用47uf的采样电容。同时可以发现，即使用了合适电容值的电容，采到的数据值还是存在一定误差。这是由于本系统的数据采样采用的是MC9S12XS128单片机内部自带的12位逐次逼近型的A/D转换器，采样的參考电压为5V，所以最小能检测到的模拟量变化值为1/212，也就是说本系统的采样分辨率为5/212=l. 221mV。系统测量获得的准确的码值Vl=4，但是采样的码值有时候是5，也就是说实际值与准确值之间相差为A/D的最低一位，即本系统绝对误差的最大值为A/D的采样分辨率。本系统的量程为5000Q。根据仪表精度计算公式
仪表精き歷著■璧證獲*100%，因此，本系统精度为
系统精度=^||^*100%=0.024% ,所以，本系统热电阻测量的精度就为0. 024%。
5 000Q
权利要求
1.一种两线制热电阻测温导线电阻自动补偿的方法，其特征在于，具体包括如下步骤 1)建立采样电路电路由内带A/D转换的单片机和恒流源组成，恒流源输出接两线制热电阻，单片机的A/D端口接两线制热电阻，在热电阻两端并联一个电容，此电容为采样电容； 2)采样设定A/D转换器采样时间，单片机输出控制恒流源开关的端口，首先端口设定为1，关闭恒流源，到放电延时时间，端口设定为O，打开恒流源，到恒流源电流上升到额定的工作电流时间，A/D转换器开始采样电压值，把采样值赋给VI，然后再延时到充电时间，A/D转换器进行第二次采集，把第二次采集值赋给V2，单片机计算热电阻上的电压V3=V1-V2,电压除以恒流源输出恒流值得到热电阻阻值； 3)电容值校验用一根短接线代替电容，A/D转换器采集到实际的Vl值，比较步骤2)中的Vl值，如两值不同，返回步骤I)更换电容容值后，重复步骤2 )采样，直到两值相同。
2.根据权利要求I所述两线制热电阻测温导线电阻自动补偿的方法，其特征在于，所述采样电容充电时间小于恒流源的上升到额定的工作电流时间。
3.根据权利要求I所述两线制热电阻测温导线电阻自动补偿的方法，其特征在于，所述恒流源内单片机选用MC9S12XS128单片机，内部12位逐次逼近型的A/D转换器。
全文摘要
本发明涉及一种两线制热电阻测温导线电阻自动补偿的方法，利用电容特性，将电容并联在热电阻两端，在上电前，相当于电容量为零，即没有带任何电荷，这时的容抗也最�。ǖ缢布涞缌骱艽螅负跸嗟庇诙搪罚谏系缫欢问奔浜螅捎诘缛萆弦丫渎说绾桑馐钡娜菘棺畲螅鸬搅硕下返淖饔�。采用恒流源进行供电，采集电路分别采集电容在充满电和无电时两线制热电阻的电压，并将两电压相减，去除两线阻值引起的电压降，计算得到热电阻的精确值。此方法可应用于工业现场各种温度测量中，相比普通二线制温度测量精度大大提高，达到一定等级要求，可节省硬件资源，简单、高效、经济、可靠性高，可应用于工业现场各种温度测量中。
文档编号G01K1/20GK102768078SQ20121022304
公开日2012年11月7日 申请日期2012年7月2日 优先权日2012年7月2日
发明者徐耀良, 王博, 覃荣勋, 赵万剑 申请人:上海电力学院
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