超高精度溫度測控系統(tǒng).pdf

1、電子技術(shù)的不斷發(fā)展促進(jìn)了其他多個領(lǐng)域的迅速進(jìn)步。以電子技術(shù)為基礎(chǔ)的測量、控制技術(shù)更是與時俱進(jìn)。溫度是一個基本物理量，人們對于溫度的測量與控制的研究從來不曾停止過。但是在日常生活中，經(jīng)常接觸到的溫度測量與控制一般是以℃為單位進(jìn)行討論的，少有精確到幾十m℃，精確到幾m℃的幾乎沒有。
　　本文研究的是溫度測量儀器的校準(zhǔn)儀器，所以，它比常見的生活、工業(yè)應(yīng)用要求更高。本文中的指標(biāo)要求為：分辨率0.001℃、穩(wěn)定度±0.003℃、范圍0℃~1

2、00℃。其實現(xiàn)難點是高精度溫度測量與高精度溫度控制。
　　在高精溫度測量的實現(xiàn)上，本文采用的方法是：設(shè)計高精度恒流源電路時，以高精度、低噪聲電流通過Pt1000，產(chǎn)生嚴(yán)格隨溫度變化電壓；再用高精度測量電路采集電壓值，以得到對應(yīng)溫度值。在恒流源設(shè)計中，先采用高精度電壓基準(zhǔn)電路獲得高精度電壓，再經(jīng)過V-I變換的電路得到恒定電流。Pt1000通過四線制連接線分別與恒流源和測量電路相接。測量電路中，將Pt1000兩端的電壓進(jìn)行差分變換后，

3、獲得其對地電壓值，再用高分辨率ADC進(jìn)行采集。
　　在溫度控制的實現(xiàn)上，通過控制半導(dǎo)體制冷器端的電壓大小來控制其制冷量，以實現(xiàn)對被控對象加熱、制冷的溫度控制。TEC兩端的電壓由PWM波經(jīng)功率放大及低通濾波后得到。電壓控制則通過調(diào)節(jié)PWM波的占空比來實現(xiàn)。為了實現(xiàn)高精度控制，本文充分研究了從PWM產(chǎn)生到功率放大過程中波形的誤差影響，并分析了濾波之后直流電壓的紋波及噪聲等因素。
　　整個系統(tǒng)的控制使用TI公司的LM4F123GH

4、6PZ微控制器，完成對電路的控制、PWM波的產(chǎn)生、數(shù)據(jù)處理以及人機交互的處理。
　　為了保證高精度的實現(xiàn)，在電路設(shè)計過程中，本文充分考慮了：各電子器件可能帶來的誤差、噪聲影響，電路中的各分布參數(shù)對信號的影響，各種信號延遲造成的誤差影響，PCB布板帶來的信號噪聲。為了提高系統(tǒng)精度，在本文所涉的電路板中都采用了多種降噪處理，盡可能的避免了因布局、走線不合理而引起的噪聲。
　　本文所采用的溫度控制方法為數(shù)字PID控制算法。經(jīng)過理論