介紹了一種新型的補(bǔ)償式溫度巡檢電路，該電路通過巧妙的設(shè)計(jì)克服了傳統(tǒng)三線制檢測(cè)方法中測(cè)量導(dǎo)線對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，提高了溫度檢測(cè)精度。同時(shí)該電路通過分組共享的方式完成對(duì)多路溫度信號(hào)的巡檢，降低了溫度巡檢電路的復(fù)雜度和成本。試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了該檢測(cè)電路的精確性和實(shí)用性。

1引言

溫度的檢測(cè)是通過檢測(cè)溫度傳感器的電阻值并對(duì)阻值與溫度曲線關(guān)系進(jìn)行換算來實(shí)現(xiàn)的。為了降低溫度巡檢電路測(cè)量復(fù)雜度，工程中常采用三線制測(cè)量方法進(jìn)行溫度測(cè)量。測(cè)量電路示意圖如圖1所示。

Rx1~RxN分別為溫度傳感器1~N的電阻值。以Rx1測(cè)量為例，設(shè)連接溫度傳感器1的三根導(dǎo)線電阻均為RL1，當(dāng)模擬開關(guān)K1閉合時(shí)，有：

由式（1）可以看出，Rx1的測(cè)量精度受到RL1的影響。工程實(shí)際中，RL1的值往往不易測(cè)量或是不可知的，如果RL1相對(duì)與Rx1不能忽略時(shí)，則測(cè)量結(jié)果相對(duì)于實(shí)際溫度傳感器的電阻值偏差較大。另外，對(duì)于N個(gè)溫度測(cè)量，需要N個(gè)恒流源，成本較高。

2 三線制導(dǎo)線壓降補(bǔ)償機(jī)理

以采樣單個(gè)溫度傳感器電阻值為例，分析三線制導(dǎo)線壓降補(bǔ)償?shù)墓ぷ鳈C(jī)理。

三線制導(dǎo)線壓降補(bǔ)償電路示意圖如圖2所示。

Rx為溫度傳感器電阻值，當(dāng)模擬開關(guān)的片選A1A0=00時(shí)，圖示的三個(gè)開關(guān)閉合時(shí)，電路對(duì)Rx進(jìn)行測(cè)量。從圖中可以看出：

由于T1-P2經(jīng)過模擬開關(guān)后送入運(yùn)算放大器的同相輸入端，輸入電流很小(10nA),可忽略不計(jì),即i4=0。

同理,i3=0,由此可以得出:

V3和V4經(jīng)后端跟隨?減法及反相電路后得到Vo,計(jì)算步驟如下:

由于在工程實(shí)際中，連接同一個(gè)被測(cè)溫度傳感器的三根線材質(zhì)和長度基本一致，因此有RL0=RL1,從而V8=-I×Rx,最后得到溫度傳感器的電阻值：

由上式可見，測(cè)量得到的Rx 值不受導(dǎo)線電阻的影響。

從上面的分析可以看出,該檢測(cè)方法補(bǔ)償了導(dǎo)線壓降,消除了導(dǎo)線電阻對(duì)測(cè)量電阻的影響,提高了測(cè)量精度。

3 巡檢功能機(jī)理

由圖1可以看出，當(dāng)有N 個(gè)被測(cè)溫度傳感器時(shí)，傳統(tǒng)的溫度巡檢電路需要N個(gè)恒流源。

本文在實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)線壓降補(bǔ)償提高測(cè)量精度的基礎(chǔ)上，還提出了新型的巡檢電路。

圖3是以四個(gè)溫度傳感器為1組進(jìn)行測(cè)量的示意圖。

Rx1~Rx4為同一組內(nèi)的四個(gè)溫度傳感器的電阻值，它們共享一個(gè)恒流源和一組采集電路。

在t1時(shí)刻時(shí)，使A1A0=00,這樣第1組模擬開關(guān)閉合，Rx1被接入采集電路，其它的待測(cè)溫度傳感器與采集電路脫離。恒流源I經(jīng)Rx1和模擬開關(guān)后送到采集電路，恒流源雖然通過G-N 連接到其它電阻的下端，但由于沒有形成閉合路徑，因此流過Rx1的電流仍為I.按照上節(jié)導(dǎo)線壓降補(bǔ)償?shù)臏y(cè)量和分析方法，得到：

上式中Vo(t1)為Vo 在t1時(shí)刻的電壓值。通過獲得t1時(shí)刻的Vo 值，得到Rx1,從而完成對(duì)1#溫度傳感器的測(cè)量。同理，當(dāng)A1A0=01,A1A0=10,A1A0=11時(shí)，完成了對(duì)2#~4#溫度傳感器的測(cè)量。

由上述分析看出，在采樣率滿足要求的前提下，可采用8選1或16選1的多路模擬開關(guān)，這樣每8個(gè)或16個(gè)溫度傳感器為一組，共享1個(gè)恒流源電路和1組采集電路，很大程度上節(jié)約了電路資源?降低了電路復(fù)雜度和成本。


4 新型補(bǔ)償式溫度巡檢電路的工程實(shí)現(xiàn)

圖4為四個(gè)溫度傳感器為一組的補(bǔ)償式溫度巡檢電路的詳細(xì)設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)中模擬開關(guān)采用兩組4選1的多路模擬開關(guān)ADG409,恒流源的產(chǎn)生采用恒壓源 ADR291(2.5V電壓輸出)+運(yùn)算放大器方式產(chǎn)生恒流I=2.5V/R12=2.5mA.MCU通過控制模擬開關(guān)的片選A1和A0來完成對(duì) 1#~4#溫度傳感器的測(cè)量，測(cè)量值Vo 通過ADC后送入到MCU進(jìn)行溫度擬合與換算。

5 設(shè)計(jì)中幾個(gè)問題的解決

1）開關(guān)切換過程處理

由于多路模擬開關(guān)在通道切換瞬間，所有開關(guān)均斷開，這樣使得兩個(gè)電壓跟隨電路的輸入端懸空，其輸出端電壓不穩(wěn)。因此設(shè)計(jì)中增加了電容器C5，組成了積分電路，消除開關(guān)切換的影響。

2）開關(guān)導(dǎo)通電阻影響的消除

一般模擬量開關(guān)導(dǎo)通電阻在幾十至一百歐姆左右，與溫度傳感器的電阻相當(dāng)，因此必須考慮開關(guān)電阻的影響。

圖2中，V3的取值在RON2的后端，而不是直接連接RON1的后端，雖然增加了1個(gè)開關(guān)RON2，但是此時(shí)V3=V1-RON2×0=V1，而不是V3=V1-RON1×I=V1，從而消除了開關(guān)導(dǎo)通電阻影響。

6 試驗(yàn)驗(yàn)證

采用上述巡檢電路后的實(shí)際設(shè)備對(duì)某型電機(jī)磁體溫度進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)測(cè)試和對(duì)比，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1.

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，該溫度巡檢電路具有較高的精度（多數(shù)情況下誤差≤0.033%，個(gè)別測(cè)量點(diǎn)誤差≤0.167%）。

7 結(jié)語

通過前述分析及最終試驗(yàn)結(jié)果看，該新型補(bǔ)償式溫度巡檢電路具有測(cè)量精度高復(fù)雜度低成本低等優(yōu)點(diǎn)，該電路已被成功應(yīng)用于多個(gè)溫度檢測(cè)的工業(yè)場合，在溫度檢測(cè)中具有廣泛的應(yīng)用前景。