高精度温度巡检仪

　　0 引言

　　高精度温度巡检仪是一种高精度温度校验设备，该设备要求能实现 10 路中低温度测量和 2 路高温测量，误差等级分别为 ±0. 05%F·S 和 ±0. 2%F·S，稳定性要求分别为小于 0. 02℃ 和 0. 2 ℃ . 根据设备要求指标，文中介绍了一种温度巡检仪的设计方案，采用 RT100 和 K 型热电偶为测温传感器，用AD7711 和 AD7718 实现数模转换，利用标准电阻标定法，硬件和软件的综合设计，解决了传感器的非线性、电路及元器件的温度特性和 AD 转换的非线性等因素对温度测量的影响，实现了多路温度的高精度检测，达到了要求设计指标。

　　1 系统总体设计

　　系统主要包含几个模块: PT100 测量电路，K 型热电偶测量电路，热电偶冷端补偿电路，微控制器核心电路，显示电路，通信电路。系统结构如图1 所示。

　　2 硬件电路设计

　　2. 1 传感器选择

　　铂电阻测量准确度高，稳定性好，测温范围宽等特点，在中低温度范围内可作为标准仪器使用。同时考虑配线电阻的影响，由于四线制中恒流源流过配线电阻引起的压降不在测量回路中，对配线的影响能完全的消除，因此，该系统中传感器选用了四线制铂电阻温度传感器。

　　对于高温测量，根据要求可以选用 K 型热电偶作为测温元件。

　　2. 2 PT100 测量电路设计

　　2. 2. 1 AD7711 功能及特性

　　AD7711 是一款适合低频测量应用的完整模拟前端，可直接接受来自传感器的低电平信号; 采用 Σ - Δ 转换技术，可实现最高 24 位无丢失码性能，±0. 001 5%非线性度; 具有1 个差分模拟输入、1 个单端模拟输入和 1 个差分基准电压输入; 双路RTD 激励恒流源( 200 μA) ，可用来在三线式和四线式 RTD 配置中提供激励; 同时 AD7711 含有自测量校准、系统校准和后台校准选项，可有效消除零点漂移和增益误差。

　　2. 2. 2 测量电路设计

　　PT100 温度采集模块原理结构图如图2 所示。图中R₁～R₇是高精度高稳定性的标准电阻，R 为PT100 温度传感器，R₁～ R₇和R 构成1 个串联电路，由AD7711 产生的200 μA 的恒流源经过该串联电阻电路，分别在各个电阻上产生电压差，电压信号经过多路模拟开关和滤波电路分时被AD7711 采样，然后有微处理器做数据处理。

　　2. 2. 3 系统测温原理

　　系统初始化后，AD7711 通过微处理器切换模拟开关分别采集标准电阻 R₁～ R₇两端电压，经AD 转换后的数字量为 D₀～ D₇，D₁作为标准0 ℃对应的数字量，然后利用式( 1) 计算各段比例系数。然后利用式( 2) 计算温度值。