一種多通道溫度測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種多通道溫度測量系統(tǒng)，其特征在于，包括：多路溫度傳感器，所述溫度傳感器利用金屬的電阻值隨溫度變化的特性，根據(jù)測量點溫度的變化產(chǎn)生隨溫度變化的電阻值；多路信號調(diào)理電路，所述信號調(diào)理電路把所述隨溫度變化的電阻值轉換成電壓信號，并對所述電壓信號進行放大、濾波；A／D轉換電路，其把各路的所述電壓信號分別轉換成數(shù)字信號；微處理器，其對所述A/D轉換電路進行配置和啟動，并對所述數(shù)字信號進行處理。該系統(tǒng)方便、快捷、準確地測量了各監(jiān)測點的溫度，為分析測量結果提供了可靠而準確的依據(jù)。
【專利說明】一種多通道溫度測量系統(tǒng)

【技術領域】
[0001]本實用新型主要涉及溫度測量領域。特別的，涉及一種用于多點溫度采集的多通道溫度采集系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002]在半導體測量設備中，內(nèi)部環(huán)境溫度監(jiān)測是必不可少的一個環(huán)節(jié)。為了實現(xiàn)精確而穩(wěn)定地對溫度進行測量，工業(yè)上通常使用鉬電阻傳感器來對被測點進行測量。鉬電阻溫度傳感器是利用金屬鉬的電阻值會隨溫度的變化而變化這一特性所制成的傳感器，其精度高，穩(wěn)定性好，應用溫度范圍廣，是中低溫區(qū)(-200?650°C)最常用的一種溫度檢測器，其被廣泛應用于工業(yè)測溫中。
[0003]鉬電阻溫度傳感器被應用于多種測溫儀器中，其接線形式多樣，通常有兩線式、三線式和四線式，其各具特點。
[0004]兩線式:在該種連接方式中，傳感器電阻變化值與連接導線電阻值共同構成傳感器的輸出值，由于導線電阻帶來的附加誤差使實際測量值偏高，因此該種連接方式用于測量精度要求不高的場合，并且導線的長度不宜過長。
[0005]三線式:該種連接方式要求從鉬電阻中引出的三根導線截面積和長度均相同，測量鉬電阻的電路一般采用不平衡電橋，鉬電阻作為電橋的一個橋臂電阻，將一根導線接到電橋的電源端，其余兩根分別接到鉬電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，當橋路平衡時，導線電阻的變化對測量結果不會產(chǎn)生任何影響，這樣就消除了導線線路上的電阻所帶來的測量誤差。但是該種連接方式要求電橋必須為全等臂電橋，否則就無法完全消除導線電阻的影響。采用三線制會大大減小導線電阻帶來的附加誤差，工業(yè)上一般都采用三線制接法。
[0006]四線式，當測量電阻數(shù)值很小時，測試線的電阻可能引入明顯誤差，四線式測量用兩條附加測試線提供恒定電流，另兩條測試線測量未知電阻的電壓降，在電壓表輸入阻抗足夠高的條件下，電流幾乎不流過電壓表，這樣就可以精確測量未知電阻上的壓降，通過計算可以得出鉬電阻的電阻值。
[0007]鉬電阻溫度測量系統(tǒng)應用廣泛，然而現(xiàn)有的很多測量電路常使用電橋法完成信號調(diào)理，由于其引入了非線性，使得信號的計算變得復雜，不易處理；此外，現(xiàn)有測量中還使用二線式鉬電阻對溫度進行測量，其通過增加環(huán)境溫度檢測來減小電阻引線電阻的誤差，因此在使用前需要實施補償校準，該方法不僅增加了電路設計的復雜性，而且增加了測試時間；在現(xiàn)有技術中，對通道進行選擇時，通常使用外置多路模擬開關，該外置多路模擬開關需要與相關電路進行配合，增加了電路設計的復雜性。
實用新型內(nèi)容
[0008]為了解決上述技術問題，本實用新型公開了一種多通道溫度測量系統(tǒng)，其特征在于，包括:多路溫度傳感器，所述溫度傳感器利用金屬的電阻值隨溫度變化的特性，根據(jù)測量點溫度的變化產(chǎn)生隨溫度變化的電阻值；多路信號調(diào)理電路，所述信號調(diào)理電路把所述隨溫度變化的電阻值轉換成電壓信號，并對所述電壓信號進行放大、濾波；A / D轉換電路，其把各路的所述電壓信號分別轉換成數(shù)字信號；微處理器，其對所述A/D轉換電路進行配置和啟動，并對所述數(shù)字信號進行處理。
[0009]特別的，所述溫度傳感器為三線式的鉬電阻傳感器，從所述鉬電阻傳感器的第一端引出第一導線和第二導線，從所述鉬電阻的第二端引出第三導線，所述第三導線與地相連接，所述三根導線的電阻率、截面積和長度均相同。鉬電阻傳感器的接線方式采用三線制，可以大大減小導線電阻帶來的附加誤差，滿足工業(yè)應用需求。
[0010]特別的，所述信號調(diào)理電路包括:電阻-電壓轉換電路，其把所述隨溫度變化的電阻值轉換成電壓信號；信號放大電路，其對所述電壓信號進行放大；濾波電路，其用于濾除所述電壓信號中的高頻信號。
[0011]特別的，所述電阻-電壓轉換電路包括:恒流源，其向所述鉬電阻傳感器提供恒定的電流；電壓測量電路，其用于測量所述鉬電阻上的電壓降并輸出所述電壓信號，同時減小鉬電阻引線電阻引入的誤差。
[0012]特別的，所述恒流源包括第一運算放大器和第二運算放大器；其中，所述第一運算放大器的反相輸入端通過第一電阻與地相連接，并且通過第二電阻與所述第一運算放大器的輸出端相連接，所述第一運算放大器的正相輸入端通過第三電阻與參考電壓相連接；所述第二運算放大器的反相輸入端與所述第二運算放大器的輸出端相連接，并且通過第四電阻與所述第一運算放大器的正相輸入端相連接，所述第二運算放大器的正相輸入端通過第五電阻與所述第一運算放大器的輸出端相連接。
[0013]特別的，根據(jù)所述參考電壓或調(diào)節(jié)所述第五電阻來設定所述恒流源的輸出電流值。
[0014]特別的，所述電壓測量電路包括第三運算放大器；其中，所述第三運算放大器的反相輸入端通過第六電阻與所述第一導線連接，通過第七電阻與所述第三運算放大器的輸出端連接，所述第三運算放大器的正相輸入端通過第八電阻與所述第二導線連接。
[0015]特別的，所述第一運算放大器、所述第二運算放大器和所述第三運算放大器是4路運放AD8630ARZ中的一路運算放大器。通過使用一個集成的運放芯片簡化了電路的設計，有利于節(jié)省電路元器件的空間。
[0016]特別的，所述信號放大電路包括運放AD627 ;其中，所述參考電壓經(jīng)第九電阻和第十電阻分壓后輸入所述AD627放大器的反向輸入端；所述AD627放大器的增益設定端之間連接第十一電阻，所述第十一電阻用于設定所述AD627放大器的放大倍數(shù)；所述AD627放大器的正向輸入端通過第十二電阻與所述電阻-電壓轉換電路的輸出端相連接，以接收所述電壓信號。
[0017]特別的，所述AD627放大器的放大倍數(shù)最小為5倍。
[0018]特別的，所述濾波電路包括第四運算放大器；其中，所述第四運算放大器的反相輸入端與所述第四運算放大器的輸出端連接；所述第四運算放大器的正相輸入端通過第十三電阻和第十四電阻與所述信號放大電路的輸出端相連接，并且通過所述第十四電阻與所述第四運算放大器的輸出端相連。
[0019]特別的，所述A / D轉換電路包括芯片LTC1859，其根據(jù)所述微處理器的指令，把各路信號調(diào)整電路輸出的所述電壓信號分別轉換成數(shù)字信號。
[0020]特別的，所述微處理器通過TCP / IP與上層計算機進行通信。
[0021]特別的，所述微處理器根據(jù)所述計算機指令，配置并控制所述A / D轉換電路中的AD轉換，采集所述轉換后的數(shù)字信號，并對所述數(shù)字信號進行處理。
[0022]本專利提供了一套多通道溫度測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)方便、快捷、準確地測量了各監(jiān)測點的溫度，為分析測量結果提供了可靠而準確的依據(jù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]通過下文對結合附圖所示出的實施例進行詳細說明，本實用新型的上述以及其他特征將更加明顯，本實用新型附圖中相同或相似的標號表示相同或相似的步驟；
[0024]圖1示出了根據(jù)本實用新型所公開的多通道溫度測量系統(tǒng)的電氣模塊圖；
[0025]圖2示出了根據(jù)本實用新型所公開的電阻-電壓轉換電路的電路圖；以及
[0026]圖3示出了根據(jù)本實用新型所公開的信號放大電路和濾波電路的電路圖。

【具體實施方式】
[0027]在以下優(yōu)選的實施例的具體描述中，將參考構成本實用新型一部分的所附的附圖。所附的附圖通過示例的方式示出了能夠實現(xiàn)本實用新型的特定的實施例。示例的實施例并不旨在窮盡根據(jù)本實用新型的所有實施例?？梢岳斫猓诓黄x本實用新型的范圍的前提下，可以利用其他實施例，也可以進行結構性或者邏輯性的修改。因此，以下的具體描述并非限制性的，且本實用新型的范圍由所附的權利要求所限定。
[0028]圖1示出了根據(jù)本實用新型所公開的一個多通道溫度測量系統(tǒng)100的電氣模塊框圖。該多通道溫度測量系統(tǒng)100包括多路熱電阻傳感器102、多路信號調(diào)理電路104、A / D轉換電路106、微處理器108以及上層計算機110。其中，該多路信號調(diào)理電路104具體包括電阻-電壓轉換電路1041，信號放大電路1042以及濾波電路1043。
[0029]在模塊102中具有多路熱電阻傳感器，各路熱電阻傳感器分別用于測量一個被測目標的溫度。所述溫度傳感器利用金屬的電阻值隨溫度變化的特性，根據(jù)測量點溫度的變化產(chǎn)生隨溫度變化的電阻值，從而把溫度的變化轉換成電阻值的變化。在一個具體的實施例中，各路溫度傳感器都采用三線式的鉬電阻傳感器，從該鉬電阻傳感器一端引出的兩根導線與后端電路(電阻-電壓轉換電路)相連接，另一端引出的另一導線接地，所述三根導線的電阻率、截面積和長度均相同。通過三線制的連接方式大大減小了導線電阻帶來的附加誤差，滿足了工業(yè)應用對精度的需求。
[0030]在模塊104中具有多路信號調(diào)理電路，每一路信號調(diào)理電路都分別與一路熱電阻傳感器相連接，用以把隨溫度變化的電阻值轉換成電壓信號，進而完成物理信號到電信號的轉換。每路信號調(diào)理電路都分別包括電阻-電壓轉換電路、信號放大電路以及濾波電路，其中所述信號放大電路用于把經(jīng)轉換后的電壓信號進行放大，所述濾波電路用于濾除所述經(jīng)轉換后的電壓信號中的高頻噪音。
[0031]圖2示出了根據(jù)本實用新型所公開的一路熱電阻傳感器和一路電阻-電壓轉換電路連接的電路圖，其中，當測量點的溫度發(fā)生變化時，鉬電阻Rt的電阻值會隨溫度的變化而變化。鉬電阻Rt的一端引出兩根導線Rtl和Rt2，其另一端引出另一根導線Rt3，導線Rt3直接接地。導線Rtl、Rt2、Rt3的電阻率、截面積和長度均相同，因此三根導線具有相同的電阻值。
[0032]在電阻-電壓轉換電路中包括一個恒流源電路和一個電壓測量電路。該恒流源向鉬電阻傳感器提供恒定的電流，該電壓測量電路用于測量所述鉬電阻上的電壓降并輸出所述電壓信號，同時減小鉬電阻引線電阻引入的誤差。
[0033]在一個具體的實施例中，該恒流源包括一個第一運算放大器UlA和一個第二運算放大器U1B，該第一運算放大器UlA的反相輸入端通過電阻Rl與地相連接，并且該反相輸入端通過電阻R2與該第一運算放大器UlA的輸出端相連接，該第一運算放大器UlA的正相輸入端通過電阻R3與參考電壓Vref相連接。該第二運算放大器UlB的反相輸入端與其輸出端相連接，并且該反相輸入端通過電阻R4與該第一運算放大器UlA的正相輸入端相連接，第二運算放大器UlB的正相輸入端通過電阻R5與所述第一運算放大器UlA的輸出端相連接。第二運算放大器UlB的正相輸入端與導線Rtl相連接。
[0034]在實際運用中，可以通過改變輸入?yún)⒖茧妷篤ref或調(diào)節(jié)電阻R5的電阻值來調(diào)節(jié)恒流源輸出電流的大小。另外，為了減小電阻失配對恒流源穩(wěn)定性帶來的影響，在選取R1-R4這四個電阻時，可對同批次精密電阻進行篩選，挑選阻值接近的4個電阻，具體實施中可以選取精度為0.1%，1ppm的等值精密電阻。本實用新型所公開的恒流源能夠向鉬電阻傳感器提供恒定的電流。所述恒定的電流經(jīng)由導線Rtl流入鉬電阻RT中，通過測量鉬電阻RT的電壓降可以反映出鉬電阻RT實際電阻值。
[0035]在圖2中，所述電壓測量電路包括第三運算放大器U1C，第三運算放大器UlC的反相輸入端通過電阻R6與所述第一導線連接，以獲得A點的電壓值，該反相輸入端通過電阻R7與所述第三運算放大器UlC的輸出端連接，第三運算放大器UlC的正相輸入端通過電阻R8與鉬電阻的第二導線連接。電容Cl與電阻R7并聯(lián)。在一個具體的實施例中，電阻R6的電阻值與電阻R7的電阻值相等，第三運算放大器UlC的輸出電壓為Vout=I*Rt，即UlC的輸出是與鉬電阻值成線性關系的電壓信號，其中I是恒流源的電流值，Rt是鉬電阻在測量點中的電阻值。在獲得與鉬電阻值成線性關系的電壓信號之后，該電壓信號被輸入至信號放大電路中。
[0036]在一個具體的實施例中，所述第一運算放大器U1A、第二運算放大器UlB以及第三運算放大器UlC可以是4路運放AD8630ARZ中的一路運算放大器，通過使用一個集成的運放芯片簡化了電路的設計，有利于節(jié)省電路元器件的空間。
[0037]圖3示出了根據(jù)本實用新型所公開的一路信號放大電路和一路濾波電路相連接的電路圖，其中，第三運算放大器UlC輸出的電壓信號通過電阻R12輸入至運算放大器AD627的正相輸入端中。AD627放大器的反向輸入端通過電阻R9與參考電壓Vref相連接，通過電阻RlO與地相連接，參考電壓Vref經(jīng)電阻R9和電阻RlO分壓后輸入所述AD627放大器的反向輸入端。所述AD627放大器的增益設定端(端口 1、8)之間連接電阻R11，通過改變Rl I的電阻值，可以更改運算放大器AD627的放大倍數(shù)，所述運算放大器AD627的放大倍數(shù)最小為5倍。運算放大器AD627的輸出端輸出經(jīng)放大的電壓信號并通過電阻R13輸入至濾波電路中。在一個具體的實施例中，放大電路對電壓信號放大，轉化為0-5伏的電壓輸出。本實用新型所公開的信號放大電路放大了電阻-電壓轉換電路所采集到的微小電壓信號，有利于系統(tǒng)后端對信號數(shù)模轉換的處理。
[0038]所述濾波電路采用二階低通濾波電路，其包括一個第四運算放大器U1D，第四運算放大器UlD的反相輸入端與輸出相連接，正相輸入端通過電阻R14和電阻R13與運算放大器AD627的輸出端相連接，并且該正相輸入端通過電容C3與地相連接，第四運算放大器UlD的輸出端通過電容C4與電阻R13和電阻R14相連接。經(jīng)過所述二階低通濾波電路濾波的電壓信號去除了電壓信號中的高頻信號，有利于系統(tǒng)后端對信號數(shù)模轉換的處理。在一個具體的實施例中，所述濾波電路所設定的截止頻率在1Hz以下。
[0039]在模塊106中具有一個A / D轉換電路,其把各路放大、濾波后的電壓信號分別轉換成數(shù)字信號。在一個具體的實施例中，所述A / D轉換電路由芯片LTC1859來實現(xiàn)。該芯片的通道掃描速度可達ΙΟΟΚΗζ，并且支持8通道的信號輸入，因此可以實現(xiàn)把8路電壓信號轉換成數(shù)字信號的功能。經(jīng)轉換后的數(shù)字信號發(fā)送給模塊108進行處理。
[0040]在模塊108中具有一個微處理器以處理經(jīng)A / D轉換電路轉換后的數(shù)字信號，該微處理器與上層計算機模塊I1相連接。在一個具體的實施例中，所述微處理器采用ARM7系列控制器LPC2478，其通過TCP / IP協(xié)議與上層計算機模塊110進行通訊，根據(jù)上層計算機110的指令配置并啟動A / D轉換電路的轉換。該微處理器接收A / D轉換結果之后對數(shù)據(jù)進行處理，并通過TCP / IP協(xié)議上傳至上層計算機端，從而完成溫度采集與顯示。
[0041]對于本領域技術人員而言，顯然本實用新型不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本實用新型的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本實用新型。因此，無論如何來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，明顯的，“包括”一詞不排除其他元素和步驟，并且措辭“一個”不排除復數(shù)。裝置權利要求中陳述的多個元件也可以由一個元件來實現(xiàn)。第一，第二等詞語用來表示名稱，而并不表示任何特定的順序。
【權利要求】
1.一種多通道溫度測量系統(tǒng)，其特征在于，包括: 多路溫度傳感器，所述溫度傳感器利用金屬的電阻值隨溫度變化的特性，根據(jù)測量點溫度的變化產(chǎn)生隨溫度變化的電阻值； 多路信號調(diào)理電路，所述信號調(diào)理電路把所述隨溫度變化的電阻值轉換成電壓信號，并對所述電壓信號進行放大、濾波； A/D轉換電路，其把各路的所述電壓信號分別轉換成數(shù)字信號； 微處理器，其對所述A/D轉換電路進行配置和啟動，并對所述數(shù)字信號進行處理。
2.根據(jù)權利要求1所述的溫度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述溫度傳感器為三線式的鉬電阻傳感器，從所述鉬電阻傳感器的第一端引出第一導線和第二導線，從所述鉬電阻的第二端引出第三導線，所述第三導線與地相連接，所述三根導線的電阻率、截面積和長度均相同。
3.根據(jù)權利要求2所述的溫度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述信號調(diào)理電路包括: 電阻-電壓轉換電路，其把所述隨溫度變化的電阻值轉換成電壓信號； 信號放大電路，其對所述電壓信號進行放大； 濾波電路，其用于濾除所述電壓信號中的高頻信號。
4.根據(jù)權利要求3所述的溫度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述電阻-電壓轉換電路包括: 恒流源，其向所述鉬電阻傳感器提供恒定的電流； 電壓測量電路，其用于測量所述鉬電阻上的電壓降并輸出所述電壓信號，同時減小鉬電阻引線電阻引入的誤差。
5.根據(jù)權利要求4所述的溫度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述恒流源包括第一運算放大器和第二運算放大器；其中， 所述第一運算放大器的反相輸入端通過第一電阻與地相連接，并且通過第二電阻與所述第一運算放大器的輸出端相連接，所述第一運算放大器的正相輸入端通過第三電阻與參考電壓相連接； 所述第二運算放大器的反相輸入端與所述第二運算放大器的輸出端相連接，并且通過第四電阻與所述第一運算放大器的正相輸入端相連接，所述第二運算放大器的正相輸入端通過第五電阻與所述第一運算放大器的輸出端相連接。
6.根據(jù)權利要求5所述的溫度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述電壓測量電路包括第三運算放大器；其中， 所述第三運算放大器的反相輸入端通過第六電阻與所述第一導線連接，通過第七電阻與所述第三運算放大器的輸出端連接，所述第三運算放大器的正相輸入端通過第八電阻與所述第二導線連接。
7.根據(jù)權利要求6中任一所述的溫度測量系統(tǒng)，其特征在于:所述第一運算放大器、所述第二運算放大器和所述第三運算放大器是4路運放AD8630ARZ中的一路運算放大器。
8.根據(jù)權利要求3所述的溫度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述信號放大電路包括運放AD627 ;其中， 參考電壓經(jīng)第九電阻和第十電阻分壓后輸入所述AD627放大器的反向輸入端； 所述AD627放大器的增益設定端之間連接第十一電阻，所述第十一電阻用于設定所述AD627放大器的放大倍數(shù)； 所述AD627放大器的正向輸入端通過第十二電阻與所述電阻-電壓轉換電路的輸出端相連接，以接收所述電壓信號。
9.根據(jù)權利要求8所述的溫度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述AD627放大器的放大倍數(shù)最小為5倍。
10.根據(jù)權利要求3所述的溫度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述濾波電路包括第四運算放大器；其中， 所述第四運算放大器的反相輸入端與所述第四運算放大器的輸出端連接； 所述第四運算放大器的正相輸入端通過第十三電阻和第十四電阻與所述信號放大電路的輸出端相連接，并且通過所述第十四電阻與所述第四運算放大器的輸出端相連。
11.根據(jù)權利要求3至6，8至10中任一所述的溫度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述A/D轉換電路包括芯片LTC1859，其根據(jù)所述微處理器的指令，把各路信號調(diào)整電路輸出的所述電壓信號分別轉換成數(shù)字信號。
12.根據(jù)權利要求3至6，8至10中任一所述的溫度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述微處理器與上層計算機通信連接。
【文檔編號】G01K7/21GK203929268SQ201420179132
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年4月14日 優(yōu)先權日:2014年4月14日
【發(fā)明者】郭亞娟, 郭一鳴, 周萬泉 申請人:睿勵科學儀器（上海）有限公司