在低溫推進(jìn)劑蒸發(fā)量控制等低溫試驗(yàn)中,高精度的溫度測(cè)點(diǎn)數(shù)量多,并且要求必要時(shí)屏蔽失效的測(cè)點(diǎn),導(dǎo)致調(diào)理電路成本較高。為解決上述問題,設(shè)計(jì)了一種適用于低溫試驗(yàn)多通道溫度測(cè)量的鉑電阻測(cè)溫電路。設(shè)計(jì)了恒流源電路、放大濾波電路。利用ATMega328P和串口屏開發(fā)了通道控制和人機(jī)交互界面。用于測(cè)溫的多個(gè)鉑電阻與已知參考電阻以同一個(gè)恒流源串聯(lián)供電,通過比例式測(cè)量消除了恒流源性能對(duì)測(cè)量精度的影響。誤差分析和測(cè)試校準(zhǔn)證明其電阻測(cè)量精度達(dá)到0.05%,可廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室和試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的低溫測(cè)量系統(tǒng)中。 

【文章來源】：火箭推進(jìn). 2020,46(03)

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

測(cè)溫電路結(jié)構(gòu)圖

式中:I為負(fù)載電阻上的電流;Vset為輸入電壓Vin被儀表放大器的增益G拆分后的電壓差。因?yàn)楸壤綔y(cè)量不要求I的絕對(duì)精度和穩(wěn)定性,所以該恒流源各部件對(duì)溫度漂移、輸入偏置電流的要求大大降低,元件選擇應(yīng)以低噪聲為主要依據(jù)。在本設(shè)計(jì)中,高精度低溫漂的電壓基準(zhǔn)芯片REF5045提供大小為4.5 V,噪聲小于12 μV的Vin。運(yùn)放U1選用低噪聲,軌到軌輸出的OPA333。儀表放大器U2選用軌到軌輸入的INA326,當(dāng)選擇R2=200 kΩ,R1=40.2 kΩ時(shí),可設(shè)置其增益 G=2R2/R1≈9.95。根據(jù)式(2),欲使I=1 mA左右(Pt100無自熱效應(yīng)的最大電流),則Rset應(yīng)為453 Ω(1%)。恒流源可驅(qū)動(dòng)的負(fù)載主要取決于負(fù)載上的電壓Vload和電流設(shè)置電阻上的電壓Vset。必須保證Vload+Vset在運(yùn)放U1的輸出電壓范圍內(nèi),同時(shí)Vload+Vset/2在儀表放大器U2的輸入共模電壓范圍內(nèi)。使用5 V供電時(shí),按低溫試驗(yàn)中的常用阻值范圍(2～120 Ω)和電纜電阻(≤10 Ω)概算,最多可驅(qū)動(dòng)約30個(gè)Pt100。

為了節(jié)省單片機(jī)的I/O口,應(yīng)用74HC595芯片組成串入并出電路。74HC595是帶有輸出鎖存功能的通用移位寄存器芯片,與繼電器的連接如圖 3所示。并行輸出口Q1～Q7分別連接到光耦的輸入端,以隔離后端負(fù)載的影響,同時(shí)連接LED進(jìn)行狀態(tài)顯示。光耦的輸出端控制NPN型達(dá)林頓管陣列ULN2803APG,驅(qū)動(dòng)繼電器工作。繼電器的常開觸點(diǎn)并聯(lián)在Pt100兩端,如欲關(guān)閉某測(cè)溫通道,則令74HC595對(duì)應(yīng)的并行輸出口輸出低電平,繼電器閉合把該通道短路即可。如圖1所示,儀表放大器的2個(gè)輸入端以開爾文接法連接到Pt100兩端,繼電器的觸點(diǎn)并聯(lián)在輸入端外側(cè),因此繼電器觸點(diǎn)狀態(tài)應(yīng)該不影響4線電阻測(cè)量。但是當(dāng)閉合繼電器,對(duì)放大電路和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字調(diào)零時(shí),繼電器的引線電阻和接觸電阻將造成一定誤差。因此,應(yīng)選擇接觸電阻小的繼電器,并使其連接到Pt100的線路盡量短。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鉑電阻型溫度傳感器信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)[J]. 趙振宇,白潔,馮浩.  微電機(jī). 2019(04)
[2]基于恒流源激勵(lì)的PT100測(cè)溫電路在鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用與研究[J]. 黨向婷,肖軍.  電子設(shè)計(jì)工程. 2019(05)
[3]發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)液氧貯箱放氣系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性研究[J]. 徐鴻鵬,張志濤,唐斌運(yùn),劉濤,董紅兵.  火箭推進(jìn). 2018(05)
[4]基于Pt100的配電終端溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 廖暉,劉述鋼,高永毅.  信息通信. 2018(09)
[5]密閉容器漏熱液氫飽和過程分析[J]. 梁懷喜,韓戰(zhàn)秀,李清.  火箭推進(jìn). 2018(03)
[6]基于PT100的高精度溫度測(cè)量電路的設(shè)計(jì)[J]. 顧吉林,劉淼,耿楊,湯宏山,王聆語,于月,吳茜.  測(cè)控技術(shù). 2018(05)
[7]推進(jìn)飛行器低溫推進(jìn)劑在軌貯存被動(dòng)蒸發(fā)控制方案研究[J]. 李鵬,孫培杰,盛敏健,包軼穎,勵(lì)吉鴻.  載人航天. 2018(01)
[8]基于ADS1148的鉑電阻測(cè)溫電路設(shè)計(jì)[J]. 張曉曦,竇愛萍,賈超群.  信息通信. 2017(04)
[9]NASA低溫推進(jìn)劑長(zhǎng)期在軌貯存與傳輸技術(shù)驗(yàn)證及啟示[J]. 張少華,曹嶺,劉海飛,賁勛,申麟.  導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù). 2017(03)
[10]低溫推進(jìn)劑貯箱絕熱性能實(shí)驗(yàn)研究[J]. 鄭建朋,崔晨,陳六彪,郭嘉,周遠(yuǎn),王俊杰.  真空與低溫. 2016(01)

碩士論文
[1]低溫流體輸送過程中基于鉑電阻溫度傳感器測(cè)溫誤差建模與分析[D]. 王永.東南大學(xué) 2017



本文編號(hào)：3441218