CN202171514U - 一种利用双恒流源三线测量温度铂电阻的电路 - Google Patents

Abstract

一种利用双恒流源三线测量温度铂电阻的电路涉及精密温度铂电阻测量领域，该电路包括被测铂电阻RTD、第一导线R_L1、第二导线R_L2、第三导线R_L3、参考电阻R_REF、供电电源地GND、第一恒流源I_OUT1、第二恒流源I_OUT2和模拟数字转换电路；两个恒流源的输出端分别先连接到模拟数字转换电路的两个差动输入端，然后通过导线连接到被测量铂电阻的一端；被测量铂电阻的另一端通过导线连接到参考电阻的一端，该端点同时接到模拟数字转换电路基准电压正端，参考电阻的另一端和模拟数字转换电路的基准电压负端及电源地连接。本实用新型能够消除导线电阻和恒流源波动对真实结果的影响，电路简单，成本低。

Description

一种利用双恒流源三线测量温度铂电阻的电路

技术领域

本实用新型涉及精密温度铂电阻测量领域，具体涉及一种利用双恒流源三线测量温度铂电阻的电路。

背景技术

目前，公知的高精度温度铂电阻测量方法有四种：1)、两线制测量方法；2)、普通三线制测量方法；3)、恒压分压式三线制测量方法；4)、开尔文四线测量方法。以上四种方法的测量精度、适用场合、测量设备制造成本各不相同。其中，前三种方法无法完全消除导线电阻对测量精度的影响。只有第四种开尔文四线测量方法精度最高，可以完全消除导线电阻对实际测温的影响，但是测量装置较复杂、制造成本高，如差动输入端需要仪器仪表放大器、恒流源需要补偿或测量电路，模拟数字转换电路需要精密电压基准源。因此，提供一种结构简单、成本低、精度高的测量温度铂电阻的电路势在必行。

实用新型内容

为了克服现有高精度温度铂电阻测量装置复杂、测量精度低的问题，本实用新型提供一种利用双恒流源三线测量温度铂电阻的电路，不仅能消除导线电阻、恒流源漂移对实际测温的影响，而且测量装置结构简单，制造成本低。

本实用新型解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种利用双恒流源三线测量温度铂电阻的电路，包括被测铂电阻RTD、第一导线R_L1、第二导线R_L2、第三导线R_L3、参考电阻R_REF、供电电源地GND、第一恒流源I_OUT1、第二恒流源I_OUT2和模拟数字转换电路；第二导线R_L2和第三导线R_L3的一端与被测铂电阻RTD的同一端连接，被测铂电阻RTD的另一端与第一导线R_L1的一端连接；第一恒流源I_OUT1的输出端先连接到模拟数字转换电路的差动正输入端AIN₊，再连接到第一导线R_L1的另一端；第二恒流源I_OUT2的输出端先连接到模拟数字转换电路的差动负输入端AIN_-，再连接到第二导线R_L2的另一端；参考电阻R_REF分别连接到模拟数字转换电路的基准电压正端REFIN₊和基准电压负端REFIN_-；第三导线R_L3的另一端连接到模拟数字转换电路的基准电压正端REFIN₊，模拟数字转换电路的基准电压负端REFIN_-连接到模拟数字转换电路的供电电源地GND。

本实用新型的有益效果是：不需要仪器仪表运放和精密基准电压源，可以高精度测量出温度铂电阻RTD的电阻值，结构简单。

附图说明

图1是本实用新型利用双恒流源三线测量温度铂电阻的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型利用双恒流源三线测量温度铂电阻的电路包括：被测铂电阻RTD、第一导线R_L1、第二导线R_L2、第三导线R_L3、参考电阻R_REF、供电电源地GND、第一恒流源I_OUT1、第二恒流源I_OUT2和模拟数字转换电路。

由于第一恒流源I_OUT1的输出端和模拟数字转换电路的差动正输入端AIN₊连接在一起，故此两点电位相等。该点相对供电电源地GND的电压值，是第一恒流源I_OUT1流经整个电流回路，每个元器件产生电压差的代数和。已知第一恒流源I_OUT1流经第一导线R_L1、被测铂电阻RTD、第三导线R_L3、参考电阻R_REF，故此产生的电压差代数和是：

U_AIN₊＝I_OUT1×R_L1+I_OUT1×RTD+I_OUT1×R_L3+I_OUT1×R_REF。

由于第二恒流源I_OUT2的输出端和模拟数字转换电路的差动负输入端AIN_-连接在一起，故此两点电位相等。该点相对供电电源地GND的电压值，是第二恒流源I_OUT2流经整个电流回路，每个元器件产生电压差的代数和。已知第二恒流源I_OUT2流经第二导线R_L2、第三导线R_L3、参考电阻R_REF，故此产生的电压差代数和是：

U_AIN_-＝I_OUT2×R_L2+I_OUT2×R_L3+I_OUT2×R_REF。

模拟数字转换电路的差动正输入端AIN₊与负输入端AIN_-之间的电势差U_AIN，即为差动正输入端AIN₊相对供电电源地GND的电压值U_AIN₊，减去差动负输入端AIN_-相对供电电源地GND的电压值U_AIN_-。

U_AIN＝U_AIN₊-U_AIN_-＝(I_OUT1×R_L1+I_OUT1×RTD+I_OUT1×R_L3+I_OUT1×R_REF)-(I_OUT2×R_L2+I_OUT2×R_L3+I_OUT2×R_REF)。

第一恒流源I_OUT1、第二恒流源I_OUT2的输出电流基本一致，故此电流值I_OUT1≈I_OUT2。三根导线第一导线R_L1、第二导线R_L2、第三导线R_L3材质、长度一样，故此电阻值R_L1≈R_L2≈R_L3。

故此消去相同项后U_AIN＝I_OUT1×RTD，说明被测量铂电阻RTD的电压值U_RTD完全等于经过导线传输后的模拟数字转换电路的差动正输入端U_AIN，U_RTD＝U_AIN，即第一导线R_L1和第二导线R_L2带来的误差被消去，只剩下不确定因素第一恒流源I_OUT1和第二恒流源I_OUT2。

第一恒流源I_OUT1流经被测量铂电阻RTD和已知阻值的参考电阻R_REF，第二恒流源I_OUT2流经已知阻值的参考电阻R_REF。

因为已经证明：U_AIN＝U_RTD＝I_OUT1×RTD。

U_R_REF＝(I_OUT1+I_OUT2)×R_REF。

故此 $\frac{U\_\mathrm{RTD}}{U\_R_{\mathrm{REF}}}=\frac{\mathrm{RTD}*I_{\mathrm{OUT}1}}{R_{\mathrm{REF}}*(I_{\mathrm{OUT}1}*I_{\mathrm{OUT}2})}=\frac{\mathrm{RTD}}{R_{\mathrm{REF}}*2}.$

该系统第一恒流源I_OUT1、第二恒流源I_OUT2同时被消掉，证明恒流源波动对测量结果没有影响。

该式中，参考电阻R_REF已知，U_AIN、U_R_REF可以通过模拟数字转换电路测得，故此铂电阻RTD可以精确推算出来，并且排除恒流源波动、导线电阻的影响。

Claims (1)

1.一种利用双恒流源三线测量温度铂电阻的电路，其特征在于，该电路包括被测铂电阻RTD、第一导线R_L1、第二导线R_L2、第三导线R_L3、参考电阻R_REF、供电电源地GND、第一恒流源I_OUT1、第二恒流源I_OUT2和模拟数字转换电路；第二导线R_L2和第三导线R_L3的一端与被测铂电阻RTD的同一端连接，被测铂电阻RTD的另一端与第一导线R_L1的一端连接；第一恒流源I_OUT1的输出端先连接到模拟数字转换电路的差动正输入端AIN₊，再连接到第一导线R_L1的另一端；第二恒流源I_OUT2的输出端先连接到模拟数字转换电路的差动负输入端AIN_-，再连接到第二导线R_L2的另一端；参考电阻R_REF分别连接到模拟数字转换电路的基准电压正端REFIN₊和基准电压负端REFIN_-；第三导线R_L3的另一端连接到模拟数字转换电路的基准电压正端REFIN₊，模拟数字转换电路的基准电压负端REFIN_-连接到模拟数字转换电路的供电电源地GND。

Images