采用变闸门测频法提高水晶温度仪的分辨力

一 ，引言

日常工业生产中除了人们广泛应用的热电阻、热电偶型温度传感器，还有如热敏电阻型温度传感器、P N 结温度传感器、集成温度传感器、热辐射温度传感器、光纤温度传感器等多种。虽然这些传感器各有个的优点，但他们的长期稳定性都不太好。每年都需要定期检定。本文采用的温度传感器是国内目前应用及研制仍处于起步阶段的水晶温度传感器，它利用特殊切割方向的水晶晶体的振荡频率随温度而变化的特性，制成一种新型的测温传感器。这种传感器的稳定性好，长期稳定性达到 0.01°C/ 年。

二， 频率的测量原理

1.测频法原理

测频法是指：在一定时间间隔 T 内，计算被测信号重复变化的次数 N ，则被测信号频率fx 可以表示为 fx=N/T 。

采用单片机内的两个定时／计数器，一个作为定时器，给出标准闸门信号 T ，另一个作为计数器，对 f x 的变化次数直接进行计数得N ，f x = N / T 。

2.测周法原理

测周法是指：在被测信号一个周期内，计算的时钟脉冲数 N，则被测信号的频率 fx 可表示为 fx=fs/N 式中 fs 为时钟脉冲信号的频率。采用单片机内的一个定时 / 计数器，以单

片机的标准机器周期作为标准时基信号 Ts，被测信号的周期作为计数闸门，由程序控制开关对时基进行计数得 N ，所以 f x = f s / N 。

3.变闸门综合法原理

变闸门综合法的原理是通过修正规定的时间闸门得到正确的时间闸门，这个正确的时间闸门称为精确门，然后用精确门控制一个计数器对标准时钟信号计数，以获得正确的闸门时间。因此待测信号频率为 f x = N / T p ，T p 为正确的闸门时间。

三 ，本设计采用变闸门法提高水晶温度仪的精度.

本设计中数据处理主要分成为提高分辨力的软件倍频处理。

1.提高分辨力

经过数据采集部分振荡电路传给单片机的频率量信号可以直接被单片机应用，单片机可以通过计数器 T0 和 T1 接收这个频率信号，在这个数据传递通道上不用再加任何的信号放大环节和处理环节。但是，如前面我们所提到的，如果温度传感器振荡电路的频率量信号直接被单片机应用作为温度显示，分辨力为1°C / H Z 左右，远不能满足要求，必须采用适当的方法提高分辨力。单片机直接采集水晶温度传感器振荡电路在 1S 时间段内输出频率量，其中传感器输出为 1 6 进制频率值，测温范围 0～99.8°C。

高测温分辨力。在实验过程中，主要采用的方法有：

1 ）延长计数时间

为了实现传感器频率变化量对温度变化量的细分，在实验过程中首先采用的方法是延长单片机计数的时间长度。因为单片机采用计数器计数时，计数器所计的是输入脉冲上升沿的个数，对于计数时长 1 S 时，可能在计数的开始和结束时有一个脉冲的上升沿刚通过或刚将要到来，那么这个脉冲上升沿就不被计数，由此将会产生计数误差，误差小于 1 个脉冲周期。具体情况如图所示。