基于雙向恒流源和電阻基準(zhǔn)的鉑電阻精密測(cè)溫系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著大型超精密加工與裝備制造業(yè)的發(fā)展，迫切需要利用雙頻激光干涉儀這種經(jīng)典的精密測(cè)量工具來(lái)解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下的大尺寸、超精密測(cè)量問題，其相對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度需求高達(dá)10-7。然而在雙頻激光干涉儀的實(shí)際應(yīng)用中，環(huán)境溫度、工件溫度變化帶來(lái)的空氣折射率漂移以及被測(cè)工件熱線脹，都將對(duì)激光干涉儀的測(cè)量準(zhǔn)確度帶來(lái)較大影響，其中工件溫度變化帶來(lái)測(cè)量誤差甚至達(dá)到10-5/℃。為此，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量環(huán)境下的超精密測(cè)量必須對(duì)工件溫度進(jìn)行準(zhǔn)確度高達(dá)0.01℃量級(jí)的溫度監(jiān)測(cè)并

2、實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)補(bǔ)償。
　　本文闡述了國(guó)內(nèi)外主要超精密測(cè)溫原理及技術(shù)方法，分析研究了影響測(cè)溫精度的主要因素及現(xiàn)有測(cè)溫技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，并針對(duì)測(cè)溫技術(shù)中熱電動(dòng)勢(shì)、自熱、干擾等因素導(dǎo)致測(cè)溫精度降低的問題，研究一種基于雙向恒流源和高精度電阻基準(zhǔn)的改進(jìn)型開爾文電路鉑電阻溫度測(cè)量方法，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了精密溫度測(cè)量系統(tǒng)。課題的主要研究工作如下：
　　1.精密溫度測(cè)量系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)：
　　采用開爾文電路消除了導(dǎo)線電阻對(duì)溫度測(cè)量結(jié)果的影

3、響，并針對(duì)傳統(tǒng)開爾文電路存在恒流源的長(zhǎng)期穩(wěn)定性要求過高難以實(shí)現(xiàn)的問題，研究了基于高精度基準(zhǔn)電阻的改進(jìn)型開爾文電路溫度測(cè)量方法，以較易實(shí)現(xiàn)的參考電阻的長(zhǎng)期穩(wěn)定性要求代替恒流源的長(zhǎng)期穩(wěn)定性要求；
　　針對(duì)傳統(tǒng)測(cè)溫電路中熱電動(dòng)勢(shì)難以確定和消除的問題，研究了基于雙向恒流源的溫度測(cè)量方法，此方法根據(jù)熱電動(dòng)勢(shì)在電流方向不同時(shí)，熱電動(dòng)勢(shì)方向大小均不變的特點(diǎn)，將測(cè)得的電阻正向電壓與負(fù)向電壓相減，從而從原理上消除了熱電動(dòng)勢(shì)對(duì)溫度測(cè)量的影響；

4、　　針對(duì)鉑電阻自熱效應(yīng)對(duì)測(cè)量精度的影響，采用的小激勵(lì)電流，減小鉑電阻的功耗，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的大面積均勻傳熱散熱結(jié)構(gòu)以增強(qiáng)散熱效率、減小鉑電阻自熱效應(yīng)對(duì)溫度測(cè)量的影響至可忽略的程度；0.5mA
　　針對(duì)測(cè)溫電路中存在的共模及差模干擾問題，本文通過優(yōu)化電路板設(shè)計(jì)、使用濾波電路、屏蔽電纜及其驅(qū)動(dòng)電路、電磁干擾屏蔽層，抑制了共模、差模噪聲對(duì)測(cè)量信號(hào)的干擾，提高了測(cè)溫精度。
　　2.精密測(cè)溫電路及軟件編程設(shè)計(jì)：
　　根據(jù)基于雙向恒流

5、源和基準(zhǔn)電阻的精密溫度測(cè)量方案，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的信號(hào)調(diào)理模塊、有源濾波電路、屏蔽電纜驅(qū)動(dòng)電路、基于DSP的高精度數(shù)據(jù)采集及控制電路，可實(shí)現(xiàn)高精度的信號(hào)放大、整形、濾波及屏蔽噪聲的功能，保證了信號(hào)前級(jí)處理精度，利用24位高速A/D對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集，同時(shí)利用軟件算法進(jìn)行采樣數(shù)據(jù)的中位值平均濾波并進(jìn)行鉑電阻的非線性特性擬合，保證了溫度測(cè)量的精度和分辨率。
　　本文在上述測(cè)量方案和硬件電路的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并對(duì)本文設(shè)計(jì)的精密溫度測(cè)