介紹了一種新型的補償式溫度巡檢電路，該電路通過巧妙的設計克服了傳統(tǒng)三線制檢測方法中測量導線對測量結果的影響，提高了溫度檢測精度。同時該電路通過分組共享的方式完成對多路溫度信號的巡檢，降低了溫度巡檢電路的復雜度和成本。試驗數據驗證了該檢測電路的精確性和實用性。

1引言

溫度的檢測是通過檢測溫度傳感器的電阻值并對阻值與溫度曲線關系進行換算來實現的。為了降低溫度巡檢電路測量復雜度，工程中常采用三線制測量方法進行溫度測量。測量電路示意圖如圖1所示。

Rx1~RxN分別為溫度傳感器1~N的電阻值。以Rx1測量為例，設連接溫度傳感器1的三根導線電阻均為RL1，當模擬開關K1閉合時，有：

由式（1）可以看出，Rx1的測量精度受到RL1的影響。工程實際中，RL1的值往往不易測量或是不可知的，如果RL1相對與Rx1不能忽略時，則測量結果相對于實際溫度傳感器的電阻值偏差較大。另外，對于N個溫度測量，需要N個恒流源，成本較高。

2 三線制導線壓降補償機理

以采樣單個溫度傳感器電阻值為例，分析三線制導線壓降補償的工作機理。

三線制導線壓降補償電路示意圖如圖2所示。

Rx為溫度傳感器電阻值，當模擬開關的片選A1A0=00時，圖示的三個開關閉合時，電路對Rx進行測量。從圖中可以看出：

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

同理,i3=0,由此可以得出:

V3和V4經后端跟隨?減法及反相電路后得到Vo,計算步驟如下:

由于在工程實際中，連接同一個被測溫度傳感器的三根線材質和長度基本一致，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，測量得到的Rx 值不受導線電阻的影響。

從上面的分析可以看出,該檢測方法補償了導線壓降,消除了導線電阻對測量電阻的影響,提高了測量精度。

3 巡檢功能機理

由圖1可以看出，當有N 個被測溫度傳感器時，傳統(tǒng)的溫度巡檢電路需要N個恒流源。

本文在實現了導線壓降補償提高測量精度的基礎上，還提出了新型的巡檢電路。

圖3是以四個溫度傳感器為1組進行測量的示意圖。

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

在t1時刻時，使A1A0=00,這樣第1組模擬開關閉合，Rx1被接入采集電路，其它的待測溫度傳感器與采集電路脫離。恒流源I經Rx1和模擬開關后送到采集電路，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)導線壓降補償的測量和分析方法，得到：

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

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，這樣每8個或16個溫度傳感器為一組，共享1個恒流源電路和1組采集電路，很大程度上節(jié)約了電路資源?降低了電路復雜度和成本。


4 新型補償式溫度巡檢電路的工程實現

圖4為四個溫度傳感器為一組的補償式溫度巡檢電路的詳細設計，本設計中模擬開關采用兩組4選1的多路模擬開關ADG409,恒流源的產生采用恒壓源 ADR291(2.5V電壓輸出)+運算放大器方式產生恒流I=2.5V/R12=2.5mA.MCU通過控制模擬開關的片選A1和A0來完成對 1#~4#溫度傳感器的測量，測量值Vo 通過ADC后送入到MCU進行溫度擬合與換算。

5 設計中幾個問題的解決

1）開關切換過程處理

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

2）開關導通電阻影響的消除

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

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個開關RON2，但是此時V3=V1-RON2×0=V1，而不是V3=V1-RON1×I=V1，從而消除了開關導通電阻影響。

6 試驗驗證

采用上述巡檢電路后的實際設備對某型電機磁體溫度進行了現場試驗測試和對比，試驗數據見表1.

由試驗數據可以看出，該溫度巡檢電路具有較高的精度（多數情況下誤差≤0.033%，個別測量點誤差≤0.167%）。

7 結語

通過前述分析及最終試驗結果看，該新型補償式溫度巡檢電路具有測量精度高復雜度低成本低等優(yōu)點，該電路已被成功應用于多個溫度檢測的工業(yè)場合，在溫度檢測中具有廣泛的應用前景。