多通道温度采集系统中的一种误差修正方法

　　本系统是应用于某舰船的热电阻温度采集系统,要求在恶劣的环境中达到一定的测试精度,可靠性要求高。本文提出了一种综合了实验标定和数字补偿的算法,使得实验标定的工作量和算法的复杂性得到折衷,现场运行的情况表明,该系统达到了测量的要求。

　　1　多通道温度采集系统结构

　　实际的多通道温度采集系统结构如图1所示。该系统作为整个舰船温度测量系统的下位机,需要通过RS485组成网络,将采集的温度量实时发送到PC104模块构成的上位机,在中央控制室中进行显示和分析。同时,下位机系统也具有本机的一些简单的人机接口,包括键盘和LED显示器,LED显示器分时显示各通道的温度值。

　　原舰船的温度传感器采用BA1分度的铂电阻,各测温点分布在舰船的发动机、轴承等部分。传感器用电流源驱动,通过多路开关(干簧管继电器),构成测量前端,每通道的测量信号由光电隔离放大器进行信号调理后用A/D转换器转换为数字量。为了消除零点漂移,设计了零点校正电路,定期对放大器之前的零点进行校正。为了防止由于测量导线或热电阻与舰船大地短接带来的测量错误,系统特别设计了接地检测电路,如果出现接地状况,则切断该通道的测量并报警,提高了系统的可靠性,有利于系统维护和检修。

　　在研制过程中,为了准确验证系统的性能,用精密电阻箱模拟热电阻阻值的变化,并将系统置于高低温实验箱中做环境温度实验,得出系统在不同环境温度下各通道测量的特性曲线,在其基础上研究设计了数字补偿算法。

　　2　温度测量原理及系统结构

　　系统的单通道温度测量原理如图2所示。热电阻测温采用三线制比例测量的方法,热电阻由恒流源激励,通过分别测量标准电阻上的压降和热电阻上的压降,通过比较获得热电阻的电阻值,同时通过测量导线上的电压对导线电阻进行补偿。

　　图中R_t为热电阻,r为连接导线的电阻,R_p为标准精密电阻,I为恒流源。其中AIN0和AIN1为放大器差分输入端,可测量标准电阻电压V₀,AIN2测得是热电阻A端对地电压V₁;AIN3测得是热电阻B端对地电压V₂,由于放大器输入阻抗高,热电阻B端引线上的电流可以忽略不计,所以V₂实际上是C端导线上的压降。

　　由上式可知,在保证标准电阻的情况下,热电阻的测量精度决定于V₀、V₁、V₂的测量精度,原理上消除了长导线的影响;并且由于在测量过程中,只要保证单通道测量过程中电流源短时的稳定,就可以消除电流源的影响,对电流源的要求不高。实际测量过程中,由于导线电压比较小,在测量V₂时需要使用比较大的放大倍数,则放大器的放大陪数也成为一个影响因素,实验过程中发现,放大器的放大倍数确实存在一定程度的非线性和分散性,需要考虑进行补偿。此外,多通道的情况下,电路板布线的不同、电流源的波动、放大器增益的一致性和多路开关的关断电阻等因素的影响均可能导致通道间测量值的不一致,所以需要进行多通道的补偿。