高精度温差测量系统的实现

图1
采用如图 2 的基于 AD7713 的温差测量电路 可以解决这个问题 。AD7713 是应用于低频信号测
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计量技术 20041No 3
© 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
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图3
21 非线性校正程序 根据 Pt1000 的温度特性在 - 25 ℃至 + 125 ℃温 度范围内建立与每 ℃度对应的数据表格 ,通过查表 与线性插值结合实现非线性校正 ,算法流程见图 4 。 31 系统调试与结果 我们用高精度 71/ 2 位校准多用表筛选购置的 Pt1000 铂电阻 ,挑选特性匹配的用作温差测量传感 器 ,并将两个铂电阻绑在一起在大温度范围内跟踪 其测温特性的一致性 ,并利用单片机的程序加以修 正。 我们实现的多功能高精度温度/ 温差测量系统 具有温度与温差的测量功能 ,既能测量单点不同时 间的温度差 (贝克曼温度计) ,又能实现两点温差的 实时测量 。温度测量范围为 - 25 ℃至 + 125 ℃,最大 温差 测 量 范 围 为 191999 ℃, 温 差 测 量 精 度 为 0101 ℃,分辨力为 01001 ℃。经我们用贝克曼温度 计作测试对比 , 系统的性能指标达到了预期的目 标 。
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关键词 CCD 成像系统 辅助功能靶板 面响应度均匀性 响应度线性
一 、概述
伴随着数码技术的快速发展 ,CCD 成像系统的 应用日益广泛 。由于用在工业生产过程的监控 、交 通管理 、银行等重要部门的保安监视系统 ,以及医 疗的内窥检查系统和远程诊断 ,CCD 成像系统的产 品质量控 制 和 产 品 质 量 检 验 的 重 要 性 越 来 越 明 显 。
整个较准器由辐射源部分 ,电控部分 ,测量结果 计算配套软件和辅助功能靶板等四个部分组成 :
CCD 成像系统性能检测装置的工作原理是 :用 被测量的 CCD 成像系统拍摄校准器提供的标准图 形 ,并将其以图形文件存储在计算机中 。用专门设 计的测量结果处理程序读取实际拍摄图象中含有的 CCD 成像系统的信息 ,计算出面响应度均匀性 、响 应度线性 、饱和照度 、等效噪声照度 、各级照度条件
CCD 成像系统性能检测装置
王 煜 李 平 熊利民 郑春弟 吴厚平
(中国计量科学研究院光学处 ,北京 100013)
摘 要 本文介绍了依照国际最新的 CCD 成像系统评价方法建立的 CCD 成像系统性能检测装置及其性能 。 简要介绍了校准图象的摄取和评价方法 ,以及评价的指标 。分析了该装置的测量结果不确定度 。
CCD 成像系统性能检测装置就是检验 CCD 成 像系统性能指标的一个工具 。利用一套校准器通过 更换附件 ,并利用相配套的软件 ,可以检测 CCD 成 像系统的多项技术指标 。
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二 、CCD 成像系统性能检测装置的描述
中国计量科学研究院研制的 CCD 成像系统性 能检测装置主要用于校准常用的 CCD 成像系统的 面响应度均匀性 、响应度线性和动态工作范围 。
关键词 铂电阻 ( R TD) 温差测量 非线性校正 AD7713
一 、引言
自然界能量的变化常常以热的形式表现出来 , 出现热传递的地方 ,就会有温差存在 。在热量测量 、 水泵效率测量以及不同材料的凝固点的差异测量时 常用到温差的测量 。两点温差的测量有单探头和双 探头两种方法 ,单探头测量温差 (如用贝克曼温度 计) ,不能实现两点温度的实时测量 ,也不利于自动 化测量的实现 。双探头测量温差解决了两点温度测 量的实时性问题 ,但要求两测温探头的特性匹配 ,在 实际应用时需作进一步的校正 。
铂电阻采用四线连接方式 ,可以消除引线电阻 对温差测量精度的影响 ,电流源通过两铂电阻产生 的自热也可相互抵消 。
三 、系统设计与实现
11 系统构成 测量 系 统 的 构 成 如 图 3 示 , 89C51 单 片 机 的 P110 , P111 , P112 , P113 , P114 , P115 与 AD7713 相 连 ,通过编程设定 AD7713 的工作模式和参数 (如 : 工作通道 、增益大小 、数字滤波器凹口频率等) ,并选 择多种校正方式以减少测量误差 。通过对 AD7713 的读写操作实现两路 Pt1000 铂电阻的电压测量 ,
本文介绍了由 89C51 单片机控制 AD7713 直接 测量来自于铂电阻 ( R TD) 的电压信号 ,并对结果进 行非线性校正的高精度温差测量方法 ,设计的精密 电子温差测量装置可以探测微小的温差 ,适用于各 种温差探测 (如微热量计等) 的场合 。
需要占用的内存很大 。根据铂电阻在小温度范围内 (如 1 ℃范围) 线性很好的特点 ,我们将查表法和线 性插值法结合起来进行温度的非线性校正 :在测温 范围内将每 ℃温度对应的电阻值对应电压值建立表 格 ,将测量电压与表内的各温度对应电压值进行比 较 ,查出温度的基本值 (整数) ,再根据测量值与表中 两相近温度对应电压值的差异 ,采用线性插值的方 法算出温度的修正值 (小数) ,由两者相加可求出被 测温度值 。
测量与设备
AD7713 的一路片内电流源 (200μA) 激励串联的铂 电阻 ,并流经 1215kΩ 的精密电阻产生 215V 的基准 电压供 A/ D 使用 。利用软件对测量数据进行非线 性校正 , 结果送 L CD 显示 , RS232 接口负责与 PC 通信 。四个控制键用于系统功能设定 ,分别用于温 度测量/ 温差测量切换 、单探头温差测量 (贝克曼温 度计) 与双探头温差测量选择切换 、通道显示切换 等。
21 温差的测量 铂电阻温差测量通常采用图 1 所示的方法 ,两 测温铂电阻分别用电流源激励 ,他们的电压差反映 了温差的大小 。这种方法实现简单 ,但要求提供严 格匹配的电流源 ,对高精度温差测量来说也难于进 行非线性校正 。
二 、精密温差测量方法
11 温度传感器与非线性校正 铂电阻是温度测量中广泛应用的传感器 。国际 温标 ( ITS - 90) 规定在 1318033 K～961178 ℃温度 的范围内以铂电阻温度计作为测温的标准仪器 。常 用铂电阻的分度号有 Pt100 、Pt500 以及 Pt1000 ,其 阻值与温度之间存在 : Rt = R0 ( 1 + A t + B t2) 的关 系 ,式中 t 为摄氏温度 , A = 3190802 ×10 - 3/ ℃, B = - 51802 ×10 - 7/ ( ℃) 2 ,实际应用时需要进行非线 性校正 。 查表 法 是 温 度 测 量 中 常 用 的 非 线 性 校 正 方 法[1 ] 。但要进行高精度的温度测量 ,采用纯查表法
测量与设备
高精度温差测量系统的实现
钟清华 李志为 梁 涛 蔡晓辉
(华南师范大学物理与电信工程学院 ,广州 510631)
摘 要 本文介绍了用电流源激励串联的两测温铂电阻的温差测量方法 。铂电阻采用了四线连接方式消除 了引线电阻对测量的影响 ,系统由单片机控制 AD7713 实现高精度放大及 A/ D 转换 ,经软件非线性校正 ,系统达到 了很高的测量精度 。
量的一种极好的模拟信号前端处理器[2 ] ,它可以直 接测量来自于传感器的毫伏级信号 。AD7713 采用 了 ∑—Δ 技术 ,能完成高达 24bit 分辨力的无误码转 换 ,特别适用于高精度的温度测量[3 ] 。AD7713 提 供了两路电流源输出和包括两路差分输入 (A IN1 和 A IN2) 的 3 路模拟输入通道 。
图2
利用 AD7713 片内提供的一路电流源 ,激励串 联的两个测温铂电阻 ,两路差分输入分别测量两铂 电阻的电压降 。同时我们使电流源也流过一个高精 度高稳定性的基准电阻 ,产生用于 AD7713 进行 A/ D 转换的基准电压 ,这样测得的两路电压数值实质 上反映了各铂电阻阻值与基准电阻阻值的比值 ,降 低了对电流源稳定性的要求 。
参考文献
[ 1 ] 李希胜 1 一种新型的铂电阻非线性校正方案 1 计量技术 ,2000 年9期
[ 2 ] 周振安 124 位模数转换器 AD7713 及其应用 1 国外电子元器件 , 2001 年 12 期
[ 3 ] 徐群 1AD7713 及其在高精度温度测量中的应用 1 仪表技术与 传感器 ,2001 年 9 期
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图4
四 、结束语
以铂电阻作温度传感器 ,用同一电流源激励串 联的两个四线连接的铂电阻及基准电阻 ,可以实现 变送电路的高精度和线性要求 ,并消除引线电阻对 测量精度的影响 。采用单片机控制带精密仪表放大 器的 AD7713 实现温差信号的测量 ,并经单片机程 序的非线性校正 ,温差测量的精度达到了贝克曼温 度计的指标 ,适用于各种温差探测 (如微热量计等) 场合 ,具有较大的应用价值 。