一種高精度數(shù)字溫度計(jì)及溫度計(jì)算方法
【專利摘要】一種高精度數(shù)字溫度計(jì)及溫度計(jì)算方法，屬于技術(shù)設(shè)備領(lǐng)域。其特征在于：所述的溫度采集單元包括作為溫度傳感器的熱電阻以及比率電阻，恒流源輸出端依次串聯(lián)熱電阻以及比率電阻，串聯(lián)熱電阻以及比率電阻的兩端分別連接信號(hào)切換模塊的兩個(gè)輸入端，信號(hào)切換模塊的輸出端依次經(jīng)過(guò)信號(hào)放大模塊和AD轉(zhuǎn)換模塊與中央處理單元相連，中央處理單元的輸出端與顯示單元相連，還設(shè)置有為恒流源、信號(hào)切換模塊、信號(hào)放大模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、中央處理單元以及顯示單元提供工作電壓的供電單元。本高精度數(shù)字溫度計(jì)及溫度計(jì)算方法，通過(guò)阻值比較的方法求出熱電阻的阻值以及對(duì)應(yīng)的溫度值，避免了現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)查表得到溫度值時(shí)誤差較大的弊端，使測(cè)量更為精確。
【專利說(shuō)明】
-種高精度數(shù)字溫度計(jì)及溫度計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ] -種高精度數(shù)字溫度計(jì)及溫度計(jì)算方法，屬于溫度檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，在生物醫(yī)藥、精細(xì)化工、精密儀器、實(shí)驗(yàn)室、科研等領(lǐng)域?qū)囟葴y(cè)量精度的要 求極高，水銀溫度計(jì)雖然能滿足一部分生產(chǎn)及實(shí)驗(yàn)需要，但由于其自身的局限性及缺點(diǎn)，有 些機(jī)構(gòu)已經(jīng)用更便攜的數(shù)字溫度計(jì)取代了水銀溫度計(jì)。但是，傳統(tǒng)的高精度數(shù)字溫度計(jì)一 般采用熱電阻作為溫度傳感器，通過(guò)對(duì)溫度傳感器的電阻值進(jìn)行采集，在得到熱電阻的阻 值之后，通過(guò)查表的方式對(duì)應(yīng)得到相應(yīng)的溫度值。但是在現(xiàn)有技術(shù)中，由于熱電阻本身存在 一定的數(shù)值誤差，且偏差值與溫度值之間并非為線性關(guān)系，因此僅僅通過(guò)查表的方式得到 溫度值的方式并不能達(dá)到很高的精度。同時(shí)現(xiàn)有的數(shù)字溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)較為復(fù)雜、校準(zhǔn)繁 瑣且需要更高精度的溫度計(jì)或恒溫設(shè)備，造成生產(chǎn)和校準(zhǔn)高精度數(shù)字溫度計(jì)非常不便且成 本非常高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種通過(guò)阻值比較的方 法求出熱電阻的阻值W及對(duì)應(yīng)的溫度值，避免了現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)查表得到溫度值時(shí)誤差較 大的弊端，使測(cè)量更為精確的高精度數(shù)字溫度計(jì)及溫度計(jì)算方法。
[0004] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:該高精度數(shù)字溫度計(jì)，包括溫度采 集單元W及顯示單元，其特征在于:所述的溫度采集單元包括作為溫度傳感器的熱電阻W 及比率電阻，恒流源輸出端依次串聯(lián)熱電阻W及比率電阻，串聯(lián)熱電阻的兩端W及比率電 阻的兩端分別連接信號(hào)切換模塊的兩個(gè)輸入端，信號(hào)切換模塊的輸出端依次經(jīng)過(guò)信號(hào)放大 模塊和AD轉(zhuǎn)換模塊與中央處理單元相連，中央處理單元的輸出端與顯示單元相連，還設(shè)置 有為恒流源、信號(hào)切換模塊、信號(hào)放大模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、中央處理單元W及顯示單元提供 工作電壓的供電單元。
[0005] 優(yōu)選的，設(shè)置有為AD轉(zhuǎn)換模塊提供參考電壓的基準(zhǔn)源，基準(zhǔn)源由所述的供電單元 進(jìn)行供電。
[0006] 優(yōu)選的，在所述的中央處理單元的輸入端設(shè)置有用于向中央處理單元輸入零度校 準(zhǔn)信號(hào)的零度校準(zhǔn)單元。
[0007] 優(yōu)選的，在所述的中央處理單元的輸入端設(shè)置有用于向中央處理單元輸入數(shù)據(jù)鎖 存信號(hào)的數(shù)據(jù)鎖存單元。
[000引一種高精度溫度計(jì)算方法，其特征在于:包括如下步驟： 步驟a 1，進(jìn)行系統(tǒng)初始化W及AD轉(zhuǎn)換初始化； 步驟a2,按照AD轉(zhuǎn)換流程對(duì)溫度采集單元輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換得到的數(shù) 據(jù)送至中央處理單元； 步驟曰3,中央處理單元對(duì)AD轉(zhuǎn)換后得到溫度采集單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行比率計(jì)算，計(jì)算得到 溫度采集單元中溫度傳感器的電阻值； 步驟曰4,中央處理單元根據(jù)溫度采集單元中溫度傳感器的電阻值，按照電阻值與溫度 值的對(duì)應(yīng)計(jì)算公式，計(jì)算得到溫度傳感器的電阻值所對(duì)應(yīng)的溫度值； 步驟a5，中央處理單元判斷是否進(jìn)行過(guò)零度校準(zhǔn)流程，如果執(zhí)行過(guò)零度校準(zhǔn)流程，執(zhí)行 步驟a6，如果未執(zhí)行過(guò)零度校準(zhǔn)流程，執(zhí)行步驟曰7; 步驟曰6,根據(jù)零度校準(zhǔn)流程后存儲(chǔ)的偏差值對(duì)步驟曰4中換算得到的溫度值進(jìn)行修正； 步驟a7，通過(guò)顯示單元對(duì)溫度值進(jìn)行顯示。
[0009] 優(yōu)選的，步驟曰2中所述的AD轉(zhuǎn)換流程，包括如下步驟： 步驟bl，信號(hào)切換模塊切換到第一通道，對(duì)比率電阻兩端的電壓進(jìn)行采集； 步驟b2,信號(hào)放大模塊對(duì)比率電阻兩端的電壓進(jìn)行放大，放大之后送入AD轉(zhuǎn)換模塊內(nèi) 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換； 步驟b3，模數(shù)轉(zhuǎn)換是否完成，如果完成，執(zhí)行步驟b4，如果未完成，返回步驟b2; 步驟b4，中央處理單元讀取AD轉(zhuǎn)換后得到的比率電阻的AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)； 步驟b5,中央處理單元對(duì)比率電阻的AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)濾波； 步驟b6，信號(hào)切換模塊切換到第二通道，對(duì)熱電阻兩端的電壓進(jìn)行采集； 步驟b7,信號(hào)放大模塊對(duì)熱電阻兩端的電壓進(jìn)行放大，放大之后送入AD轉(zhuǎn)換模塊內(nèi)進(jìn) 行模數(shù)轉(zhuǎn)換； 步驟b8，模數(shù)轉(zhuǎn)換是否完成，如果完成，執(zhí)行步驟b9，如果未完成，返回步驟b7; 步驟b9，中央處理單元讀取AD轉(zhuǎn)換后得到的熱電阻的AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)； 步驟blO,中央處理單元對(duì)熱電阻的AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)濾波。
[0010] 優(yōu)選的，步驟a4中所述的電阻值與溫度值的對(duì)應(yīng)計(jì)算公式為： 在0°C~850°C溫度區(qū)間：
在-200°C~0°C溫度區(qū)間：t = -242.0化2.2228 XR(t)+2.5859 X 1〇-3 X [R(t) ]2-4.826 Χ1〇-6χ [R(t)P-2.8183Χ10-8χ [R(t)]4+1.5243X 10-10X[R(t)]已 其中R(t)為溫度為t時(shí)熱電阻的電阻值，R(0°C)為溫度為0°C時(shí)熱電阻的電阻值，且:A =3.9083X10-3，B = -5.775X 10-7。
[0011] 優(yōu)選的，步驟a5中所述的零度校準(zhǔn)流程，包括如下步驟： 步驟cl，將溫度采集單元置于標(biāo)準(zhǔn)0°C的溫度下足夠長(zhǎng)的時(shí)間； 步驟c2,待溫度采集單元的輸出值穩(wěn)定后，對(duì)溫度采集單元內(nèi)的比率電阻和熱電阻兩 端的電壓分別進(jìn)行采集，并分別經(jīng)過(guò)信號(hào)放大、AD轉(zhuǎn)換之后送入中央處理單元內(nèi)； 步驟c3,中央處理單元通過(guò)比率計(jì)算得到熱電阻在0°C時(shí)的電阻偏差值； 步驟c4,中央處理單元根據(jù)熱電阻在0°C時(shí)的電阻偏差值對(duì)應(yīng)得到熱電阻在0°C下的溫 度偏差值，并存儲(chǔ)該溫度偏差值。
[0012] 優(yōu)選的，在進(jìn)行所述的步驟a7時(shí)，中央處理單元對(duì)是否接收到數(shù)據(jù)鎖存單元的數(shù) 據(jù)鎖存信號(hào)進(jìn)行判斷，如果接收到數(shù)據(jù)鎖存單元的數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)，通過(guò)顯示單元對(duì)鎖存的 溫度值進(jìn)行顯示;如果未接收到數(shù)據(jù)鎖存單元的數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)，通過(guò)顯示單元對(duì)實(shí)時(shí)溫度 值進(jìn)行顯示。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果是： 1、在本高精度數(shù)字溫度計(jì)及溫度計(jì)算方法中，通過(guò)在溫度采集單元匯總設(shè)置比率電阻 和熱電阻，并采用同一恒流源將比率電阻和熱電阻串聯(lián)，因此通過(guò)阻值比較的方法求出熱 電阻的阻值，并通過(guò)計(jì)算公式求出對(duì)應(yīng)的溫度值，避免了現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)查表得到溫度值 時(shí)誤差較大的弊端，使測(cè)量更為精確。
[0014] 2、由于比率電阻和熱電阻在AD轉(zhuǎn)換單元內(nèi)經(jīng)過(guò)的信號(hào)放大模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊W及 SPI通訊模塊的相應(yīng)處理電路完全相同，所W大大降低了信號(hào)處理誤差。
[0015] 3、通過(guò)設(shè)置數(shù)據(jù)鎖定單元，可W向中央處理單元發(fā)送信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)鎖定使得產(chǎn) 品在離開(kāi)測(cè)量介質(zhì)時(shí)依然保持測(cè)量數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)記錄提供方便。
[0016] 4、通過(guò)進(jìn)行零度校準(zhǔn)能夠求出并存儲(chǔ)溫度傳感器在(TC時(shí)的誤差，從而方便在后 續(xù)的計(jì)算中將該誤差去除，提高整個(gè)產(chǎn)品的精度。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1為高精度數(shù)字溫度計(jì)原理方框圖。
[0018] 圖2為高精度數(shù)字溫度計(jì)電路原理圖。
[0019] 圖3為溫度計(jì)算方法流程圖。
[0020] 圖4為溫度計(jì)算方法AD轉(zhuǎn)換流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 圖^4是本發(fā)明的最佳實(shí)施例，下面結(jié)合附圖^4對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0022] 如圖1所示，高精度數(shù)字溫度計(jì)，包括溫度采集單元、AD轉(zhuǎn)換單元、中央處理單元、 零度校準(zhǔn)單元、數(shù)據(jù)鎖定單元、顯示單元。還設(shè)置有對(duì)溫度采集單元、AD轉(zhuǎn)換單元、中央處理 單元、零度校準(zhǔn)單元、數(shù)據(jù)鎖定單元、顯示單元進(jìn)行供電的供電單元。在AD轉(zhuǎn)換單元內(nèi)部?jī)?nèi) 置有恒流源、信號(hào)切換模塊、信號(hào)放大模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊W及SPI通訊模塊。在圖1中，W上單 元和模塊的連接關(guān)系中，黑色箭頭表示數(shù)據(jù)流向，白色箭頭表示供電流向。
[0023] 溫度采集單元的輸出端與AD轉(zhuǎn)換單元內(nèi)信號(hào)切換模塊的輸入端相連，在AD轉(zhuǎn)換單 元內(nèi)，信號(hào)切換模塊的輸出端與信號(hào)放大模塊的輸入端相連，信號(hào)放大模塊的輸出端與AD 轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連，AD轉(zhuǎn)換模塊的輸出端通過(guò)SPI通訊模塊與中央處理單元的輸入端 口相連并實(shí)現(xiàn)通訊，AD轉(zhuǎn)化單元內(nèi)的恒流源為溫度采集單元進(jìn)行供電。上述的零度校準(zhǔn)單 元W及數(shù)據(jù)鎖定單元分別與中央處理單元的輸入端連接，在中央處理單元的輸出端還連接 有顯示單元。
[0024] 供電單元同時(shí)與AD轉(zhuǎn)換單元、中央處理單元、零度校準(zhǔn)單元、數(shù)據(jù)鎖定單元W及顯 示單元相連，為上述單元提供工作電壓。還設(shè)置有與供電電源相連的基準(zhǔn)源，基準(zhǔn)源輸出的 電壓分別連接到AD轉(zhuǎn)換單元內(nèi)的參考電壓的輸入端VREF+、VREF-上。
[0025] 如圖2所示，上述的溫度采集單元包括依次串聯(lián)的熱電阻化，比率電阻化efW及共 模電阻Rcom，自AD轉(zhuǎn)換忍片內(nèi)的恒流源輸出的電流信號(hào)依次流經(jīng)熱電阻化，比率電阻化ef W及共模電阻Rcom后接地，熱電阻化為用于測(cè)溫的溫度傳感器，在本高精度數(shù)字溫度計(jì)中， 熱電阻化它采用PT100實(shí)現(xiàn)。在熱電阻化的兩端分別引出電壓輸出端VIN化和VIN2-，在比率 電阻化ef的兩端分別引出電壓輸出端VIN1+和VIN1-，電壓輸出端VIN2+、VIN2-和電壓輸出 端VIN1 +、VIN1-分別接入AD轉(zhuǎn)換忍片U2內(nèi)部的多路轉(zhuǎn)換器MUX,多路轉(zhuǎn)換器MUX的輸出端依 次經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換忍片U2內(nèi)部的放大器PGAW及AD轉(zhuǎn)換模塊ADC連接SPI通訊模塊的輸入端，SPI 通訊模塊的端子CS、S化K、DINW及DOUT/畑Y分別連接單片機(jī)U1的4~7腳。AD轉(zhuǎn)換忍片U2為上 述的AD轉(zhuǎn)換單元，其內(nèi)部的多路轉(zhuǎn)換器MUX、放大器PGA、AD轉(zhuǎn)換模塊ADCW及SPI通訊模塊 分別為上述的信號(hào)切換模塊、信號(hào)放大模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊W及SPI通訊模塊，單片機(jī)U1為上 述的中央處理單元，在本高精度數(shù)字溫度計(jì)中，單片機(jī)U1采用型號(hào)為PIC18F2XK20的單片機(jī) 實(shí)現(xiàn);AD轉(zhuǎn)換模塊采用型號(hào)為AD7793的集成忍片實(shí)現(xiàn)。
[0026] 電源轉(zhuǎn)換忍片U4的輸入端W電池 B1作為外接電源，其輸出端連接基準(zhǔn)電源忍片U3 的電源輸入端，其輸出端正負(fù)極分別連接AD轉(zhuǎn)換忍片U2的參考電壓的輸入端VREF+、VREF-。 電源轉(zhuǎn)換忍片U4的輸出端同時(shí)連接AD轉(zhuǎn)換忍片U2、單片機(jī)UlW及顯示忍片U5的電源輸入 端，為其工作提供電壓，顯示忍片肌的DI管腳和化K管腳分別與單片機(jī)U1的16腳和15腳連 接。電源轉(zhuǎn)換忍片U4的輸出端還分別并聯(lián)電阻R1~R2的一端，電阻R1的另一端分別連接單片 機(jī)U1的26腳和輕觸按鍵S1的一端，輕觸按鍵S1的另一端串聯(lián)電阻R3接地；電阻R2的另一端 分別連接單片機(jī)U1的22腳和自鎖按鍵S2的一端，自鎖按鍵S2的另一端串聯(lián)電阻R4接地。電 阻R1、電阻R3W及輕觸按鍵S1組成上述的零度校準(zhǔn)單元；電阻R2、電阻R4W及自鎖按鍵S2組 成上述的數(shù)據(jù)鎖定單元。
[0027] 在執(zhí)行如圖3所示的高精度的溫度計(jì)算方法之前，可對(duì)本高精度數(shù)字溫度計(jì)進(jìn)行 零度校準(zhǔn)，根據(jù)JJG 229-2010中對(duì)工業(yè)銷、銅熱電阻的相關(guān)規(guī)定可知，AA級(jí)銷熱電阻的允差 值為： AR=±(0.10+0.0017|t|) (1) 其中|t|為測(cè)量溫度的絕對(duì)值。由此可知，銷熱電阻在(TC時(shí)的誤差是一個(gè)固定值而無(wú) 需計(jì)算。因此通過(guò)對(duì)熱電阻進(jìn)行零度校準(zhǔn)，可求得熱電阻在(TC時(shí)的誤差，零度校準(zhǔn)的具體 步驟為： 首先將溫度采集單元置于標(biāo)準(zhǔn)〇°C的溫度下足夠長(zhǎng)的時(shí)間，待溫度采集單元的輸出值 穩(wěn)定后AD轉(zhuǎn)換單元對(duì)溫度采集單元內(nèi)的比率電阻化ef和熱電阻化兩端的電壓進(jìn)行采集，并 分別經(jīng)過(guò)信號(hào)放大、AD轉(zhuǎn)換之后通過(guò)SPI通訊模塊送至中央處理單元內(nèi)。然后計(jì)算并存儲(chǔ)溫 度采集單元中的溫度傳感器在〇°C下的溫度偏差值。
[0028] 如圖3所示，高精度的溫度計(jì)算方法，包括如下步驟： 步驟1001，開(kāi)始。
[0029] 開(kāi)始進(jìn)行溫度計(jì)算。
[0030] 步驟1002,系統(tǒng)初始化。
[0031] 步驟1003，AD轉(zhuǎn)換初始化。
[0032] AD轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行初始化。
[0033] 步驟 1004, AD 轉(zhuǎn)換。
[0034] AD轉(zhuǎn)換單元按照AD轉(zhuǎn)換流程對(duì)溫度采集單元輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換得 到的數(shù)據(jù)送至中央處理單元。
[0(X3日]步驟1005, AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的計(jì)算。
[0036]中央處理單元根據(jù)AD轉(zhuǎn)換單元送入的數(shù)據(jù)進(jìn)行比率計(jì)算，計(jì)算得到溫度采集單元 中溫度傳感器的電阻值。
[0037] 在AD轉(zhuǎn)換流程中，中央處理單元分別得到比率電阻化ef的AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)W及熱電阻 化的AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，并對(duì)兩項(xiàng)電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行比值計(jì)算，由于比率電阻的阻值為已知量，從而得 到熱電阻化的實(shí)際電阻值。由上述公式（1)可知，由于熱電阻的阻值的偏差根據(jù)溫度值的不 同而不同，因此，通過(guò)設(shè)置精度較高且受溫度影響較小的比率電阻，通過(guò)計(jì)算比值的方式計(jì) 算得到熱電阻的實(shí)際阻值，因此得到的熱電阻的實(shí)際阻值更為精確。
[0038] 步驟1006,電阻值-溫度換算。
[0039] 根據(jù)溫度采集單元中溫度傳感器的電阻值，按照電阻值與溫度值的對(duì)應(yīng)計(jì)算公 式，計(jì)算得到溫度傳感器的電阻值所對(duì)應(yīng)的溫度值。
[0040] 根據(jù)IEC 60751-2008 Industrial platinum resistance thermometers and platinum temperature sensors的國(guó)際銷電阻PtlOO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定， PtlOO銷熱電阻的電阻-溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系如下： 當(dāng)溫度值t為0°C~850°C時(shí)： R(t) = R((TC)X(1+At+化 2) (2) 當(dāng)溫度值t為-200°C~0°C時(shí)： R(t) = R(0°C)X[l+At+化 2+cx(t-1000C)Xt3] (3) 在上述公式(2)~(3)中，R(t):溫度為t時(shí)銷熱電阻的電阻值;R(0°C):溫度為0°C時(shí)銷熱 電阻的電阻值，且:A = 3.9083X10-3，B = -5.775X 10-7，C = -4.183X10-12。
[0041] 由公式（1)、（2)可W看出溫度傳感器PtlOO銷熱電阻的電阻-溫度關(guān)系并非線性， 而現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)PtlOO銷熱電阻的電阻-溫度分度表的分辨率為1度，通過(guò)傳統(tǒng)的查表法進(jìn)行 電阻溫度轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)高分辨率的溫度值時(shí)，只能進(jìn)行線性估算，誤差較大?；诖?，本設(shè)計(jì)采 用了如下的計(jì)算公式： 0°C~850°C溫度區(qū)間，根據(jù)公式(1)反推的溫度和電阻的計(jì)算公式為：
(4) -200°C~0°C溫度區(qū)間，根據(jù)公式(2)進(jìn)行多項(xiàng)式擬合的溫度和電阻的計(jì)算公式為： t = -242.0化2.2228 XR(t)+2.5859 X 1〇-3 X [R( t) ]2-4.826 X 1〇-6 X [R(t) ]3-2.8183 Xl〇-8x[R(t)]4+1.5243Xl〇-i〇X[R(t)]5 巧） 步驟1007，是否進(jìn)行過(guò)零度校準(zhǔn)流程。
[0042] 中央處理單元判斷是否進(jìn)行過(guò)零度校準(zhǔn)流程，如果執(zhí)行過(guò)零度校準(zhǔn)流程，執(zhí)行步 驟1008，如果未執(zhí)行過(guò)零度校準(zhǔn)，直接執(zhí)行步驟1009。
[0043] 步驟1008,溫度值修正。
[0044] 根據(jù)零度校準(zhǔn)后存儲(chǔ)的偏差值對(duì)步驟1006中換算得到的溫度值進(jìn)行修正。
[0045] 步驟1009,是否開(kāi)啟數(shù)據(jù)鎖定功能。
[0046] 中央處理單元判斷數(shù)據(jù)鎖定單元是否已經(jīng)觸發(fā)，如果已經(jīng)觸發(fā)，則執(zhí)行步驟1010， 如果未觸發(fā)，則執(zhí)行步驟1011。
[0047] 步驟1010,顯示鎖定溫度值。
[004引步驟1011，顯示實(shí)時(shí)溫度值。
[0049]步驟1012,按鍵掃描處理， 中央處理單元根據(jù)按鍵的按下?tīng)顟B(tài)執(zhí)行相應(yīng)操作，并返回執(zhí)行步驟1003。
[0050] 如圖4所示，上述步驟1004中所述的AD轉(zhuǎn)換流程，包括如下步驟： 步驟2001，開(kāi)始。
[0051] 開(kāi)始執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換流程。
[0化2] 步驟2002,選擇第一通道。
[0053] AD轉(zhuǎn)換單元內(nèi)的信號(hào)切換模塊切換到第一通道，對(duì)比率電阻化ef兩端的電壓進(jìn)行 義集， 步驟2003,采樣轉(zhuǎn)換。
[0054] 信號(hào)放大模塊對(duì)送入信號(hào)切換模塊第一通道的比率電阻化ef兩端的電壓進(jìn)行放 大，放大之后送入AD轉(zhuǎn)換模塊內(nèi)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。
[0化日]步驟2004，是否轉(zhuǎn)換完成。
[0056] AD轉(zhuǎn)換單元判斷模數(shù)轉(zhuǎn)換是否完成，如果完成，執(zhí)行步驟2005，如果未完成，返回 步驟2003。
[0化7] 步驟2005,讀取比率電阻化ef對(duì)應(yīng)的AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。
[0化引中央處理單元讀取AD轉(zhuǎn)換單元送入的比率電阻化ef的AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。
[0化9]步驟2006,數(shù)據(jù)濾波。
[0060] 中央處理單元對(duì)比率電阻化ef的AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)濾波。
[0061] 步驟2007,選擇第二通道。
[0062] AD轉(zhuǎn)換單元內(nèi)的信號(hào)切換模塊切換到第二通道，對(duì)熱電阻Rt兩端的電壓進(jìn)行采 集， 步驟2008,采樣轉(zhuǎn)換。
[0063] 信號(hào)放大模塊對(duì)送入信號(hào)切換模塊第二通道的熱電阻化兩端的電壓進(jìn)行放大，放 大之后送入AD轉(zhuǎn)換模塊內(nèi)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。
[0064] 步驟2009，是否轉(zhuǎn)換完成。
[0065] AD轉(zhuǎn)換單元判斷模數(shù)轉(zhuǎn)換是否完成，如果完成，執(zhí)行步驟2010，如果未完成，返回 步驟2008。
[0066] 步驟2010，讀取熱電阻化對(duì)應(yīng)的AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。
[0067] 中央處理單元讀取AD轉(zhuǎn)換單元送入的熱電阻化的AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。
[0068] 步驟2011，數(shù)據(jù)濾波。
[0069] 中央處理單元對(duì)熱電阻化的AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)濾波。
[0070] 步驟2012,返回。
[0071] AD轉(zhuǎn)換流程結(jié)束。
[0072] 具體工作過(guò)程及工作原理如下： 供電單元輸出的電源分別為AD轉(zhuǎn)換單元、中央處理單元、零度校準(zhǔn)單元、數(shù)據(jù)鎖定單元 W及顯示單元進(jìn)行供電。溫度采集單元由AD轉(zhuǎn)換單元內(nèi)的恒流源驅(qū)動(dòng)工作。同時(shí)由供電單 元提供工作電源而工作的基準(zhǔn)源的輸出端分別連接在AD轉(zhuǎn)換單元參考電壓的輸入端VREF +、VR邸-上。
[0073] 在實(shí)際工作時(shí)，AD轉(zhuǎn)換單元內(nèi)的信號(hào)切換模塊分別切換不同的通道，分別對(duì)溫度 采集單元內(nèi)的比率電阻化ef和熱電阻Rt兩端的電壓進(jìn)行采集，并分別經(jīng)過(guò)信號(hào)放大、AD轉(zhuǎn) 換之后通過(guò)SPI通訊模塊送至中央處理單元內(nèi)。中央處理單元將先后接收到的比率電阻 化ef和熱電阻化的AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)濾波之后對(duì)兩AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進(jìn)行比值計(jì)算，由于比率 電阻化ef的阻值為已知量，計(jì)算得到熱電阻Rt的實(shí)際電阻值，由于比率電阻化ef和熱電阻 Rt在AD轉(zhuǎn)換單元內(nèi)經(jīng)過(guò)的信號(hào)放大模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊W及SPI通訊模塊的相應(yīng)處理電路完 全相同，所W大大降低了信號(hào)處理誤差。
[0074] 中央處理單元在計(jì)算得到熱電阻化的電阻值之后，根據(jù)電阻值與溫度值對(duì)應(yīng)的計(jì) 算公式計(jì)算得到熱電阻化所在環(huán)境的溫度值，并通過(guò)顯示單元進(jìn)行溫度的顯示。
[0075] 在本高精度數(shù)字溫度計(jì)出廠之前，可W對(duì)本高精度數(shù)字溫度計(jì)進(jìn)行零度校準(zhǔn)，在 進(jìn)行零度校準(zhǔn)時(shí)，將本高精度數(shù)字溫度計(jì)置于標(biāo)準(zhǔn)的〇°C裝置內(nèi)，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，按下輕觸 按鍵S1，中央處理單元接收到輕觸按鍵S1觸發(fā)后，通過(guò)上述的步驟1001~步驟1005，計(jì)算并 存儲(chǔ)溫度采集單元中的溫度傳感器在〇°C下的溫度偏差值，用于實(shí)現(xiàn)日常測(cè)量時(shí)的溫度修 正。
[0076] W上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非是對(duì)本發(fā)明作其它形式的限制，任 何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述掲示的技術(shù)內(nèi)容加 W變更或改型為等同變化的等 效實(shí)施例。但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)W上實(shí)施例所 作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高精度數(shù)字溫度計(jì)，包括溫度采集單元以及顯示單元，其特征在于:所述的溫度 采集單元包括作為溫度傳感器的熱電阻以及比率電阻，恒流源輸出端依次串聯(lián)熱電阻以及 比率電阻，串聯(lián)熱電阻的兩端以及比率電阻的兩端分別連接信號(hào)切換模塊的兩個(gè)輸入端， 信號(hào)切換模塊的輸出端依次經(jīng)過(guò)信號(hào)放大模塊和AD轉(zhuǎn)換模塊與中央處理單元相連，中央處 理單元的輸出端與顯示單元相連，還設(shè)置有為恒流源、信號(hào)切換模塊、信號(hào)放大模塊、ADR 換模塊、中央處理單元以及顯示單元提供工作電壓的供電單元。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度數(shù)字溫度計(jì)，其特征在于:設(shè)置有為AD轉(zhuǎn)換模塊提供參 考電壓的基準(zhǔn)源，基準(zhǔn)源由所述的供電單元進(jìn)行供電。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度數(shù)字溫度計(jì)，其特征在于:在所述的中央處理單元的輸 入端設(shè)置有用于向中央處理單元輸入零度校準(zhǔn)信號(hào)的零度校準(zhǔn)單元。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度數(shù)字溫度計(jì)，其特征在于:在所述的中央處理單元的輸 入端設(shè)置有用于向中央處理單元輸入數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)的數(shù)據(jù)鎖存單元。5. 利用權(quán)利要求1~4所述的高精度數(shù)字溫度計(jì)實(shí)現(xiàn)的高精度溫度計(jì)算方法，其特征在 于:包括如下步驟： 步驟al，進(jìn)行系統(tǒng)初始化以及AD轉(zhuǎn)換初始化； 步驟a2，按照AD轉(zhuǎn)換流程對(duì)溫度采集單元輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換得到的數(shù) 據(jù)送至中央處理單元； 步驟a3,中央處理單元對(duì)AD轉(zhuǎn)換后得到溫度采集單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行比率計(jì)算，計(jì)算得到 溫度采集單元中溫度傳感器的電阻值； 步驟a4,中央處理單元根據(jù)溫度采集單元中溫度傳感器的電阻值，按照電阻值與溫度 值的對(duì)應(yīng)計(jì)算公式，計(jì)算得到溫度傳感器的電阻值所對(duì)應(yīng)的溫度值； 步驟a5,中央處理單元判斷是否進(jìn)行過(guò)零度校準(zhǔn)流程，如果執(zhí)行過(guò)零度校準(zhǔn)流程，執(zhí)行 步驟a6，如果未執(zhí)行過(guò)零度校準(zhǔn)流程，執(zhí)行步驟a7; 步驟a6，根據(jù)零度校準(zhǔn)流程后存儲(chǔ)的偏差值對(duì)步驟a4中換算得到的溫度值進(jìn)行修正； 步驟a7，通過(guò)顯示單元對(duì)溫度值進(jìn)行顯示。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的高精度溫度計(jì)算方法，其特征在于:步驟a2中所述的AD轉(zhuǎn)換流 程，包括如下步驟： 步驟bl，信號(hào)切換模塊切換到第一通道，對(duì)比率電阻兩端的電壓進(jìn)行采集； 步驟b2，信號(hào)放大模塊對(duì)比率電阻兩端的電壓進(jìn)行放大，放大之后送入AD轉(zhuǎn)換模塊內(nèi) 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換； 步驟b3，模數(shù)轉(zhuǎn)換是否完成，如果完成，執(zhí)行步驟b4，如果未完成，返回步驟b2; 步驟b4,中央處理單元讀取AD轉(zhuǎn)換后得到的比率電阻的AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)； 步驟b5,中央處理單元對(duì)比率電阻的AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)濾波； 步驟b6，信號(hào)切換模塊切換到第二通道，對(duì)熱電阻兩端的電壓進(jìn)行采集； 步驟b7，信號(hào)放大模塊對(duì)熱電阻兩端的電壓進(jìn)行放大，放大之后送入AD轉(zhuǎn)換模塊內(nèi)進(jìn) 行模數(shù)轉(zhuǎn)換； 步驟b8，模數(shù)轉(zhuǎn)換是否完成，如果完成，執(zhí)行步驟b9，如果未完成，返回步驟b7; 步驟b9，中央處理單元讀取AD轉(zhuǎn)換后得到的熱電阻的AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)； 步驟blO,中央處理單元對(duì)熱電阻的AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)濾波。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的高精度溫度計(jì)算方法，其特征在于:步驟a4中所述的電阻值與 溫度值的對(duì)應(yīng)計(jì)算公式為：在-20(TC~(TC溫度區(qū)間：t = -242.02+2.2228XR(t)+2.5859X 10-3X [R(t)]2-4.826 ΧΙΟ-6X [R(t)]3-2.8183X10-8X [R(t)]4+1.5243X 10-10X[R(t)]5 其中R(t)為溫度為t時(shí)熱電阻的電阻值，R(0°C)為溫度為0°C時(shí)熱電阻的電阻值，且:A =3.9083X10-3，B = -5.775X 10-7〇8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的高精度溫度計(jì)算方法，其特征在于:步驟a5中所述的零度校準(zhǔn) 流程，包括如下步驟： 步驟c 1，將溫度采集單元置于標(biāo)準(zhǔn)0 °C的溫度下足夠長(zhǎng)的時(shí)間； 步驟c2,待溫度采集單元的輸出值穩(wěn)定后，對(duì)溫度采集單元內(nèi)的比率電阻和熱電阻兩 端的電壓分別進(jìn)行采集，并分別經(jīng)過(guò)信號(hào)放大、AD轉(zhuǎn)換之后送入中央處理單元內(nèi)； 步驟c3,中央處理單元通過(guò)比率計(jì)算得到熱電阻在0°C時(shí)的電阻偏差值； 步驟c4,中央處理單元根據(jù)熱電阻在0°C時(shí)的電阻偏差值對(duì)應(yīng)得到熱電阻在0°C下的溫 度偏差值，并存儲(chǔ)該溫度偏差值。9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的高精度溫度計(jì)算方法，其特征在于:在進(jìn)行所述的步驟a7時(shí)， 中央處理單元對(duì)是否接收到數(shù)據(jù)鎖存單元的數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)進(jìn)行判斷，如果接收到數(shù)據(jù)鎖存 單元的數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)，通過(guò)顯示單元對(duì)鎖存的溫度值進(jìn)行顯示;如果未接收到數(shù)據(jù)鎖存單 元的數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)，通過(guò)顯示單元對(duì)實(shí)時(shí)溫度值進(jìn)行顯示。
【文檔編號(hào)】G01K7/22GK105823570SQ201610313118
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年5月12日
【發(fā)明人】刁國(guó)榮, 王惜芳, 周秀成, 孫艷紅
【申請(qǐng)人】淄博飛雁先行測(cè)控技術(shù)有限公司