基于雙向恒流源和電阻基準的鉑電阻精密測溫系統(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)典的精密測量工具來解決工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境下的大尺寸、超精密測量問題，其相對測量準確度需求高達10-7。然而在雙頻激光干涉儀的實際應用中，環(huán)境溫度、工件溫度變化帶來的空氣折射率漂移以及被測工件熱線脹，都將對激光干涉儀的測量準確度帶來較大影響，其中工件溫度變化帶來測量誤差甚至達到10-5/℃。為此，現(xiàn)場測量環(huán)境下的超精密測量必須對工件溫度進行準確度高達0.01℃量級的溫度監(jiān)測并

2、實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的實時補償。
　　本文闡述了國內(nèi)外主要超精密測溫原理及技術方法，分析研究了影響測溫精度的主要因素及現(xiàn)有測溫技術的優(yōu)缺點，并針對測溫技術中熱電動勢、自熱、干擾等因素導致測溫精度降低的問題，研究一種基于雙向恒流源和高精度電阻基準的改進型開爾文電路鉑電阻溫度測量方法，并在此基礎上設計了精密溫度測量系統(tǒng)。課題的主要研究工作如下：
　　1.精密溫度測量系統(tǒng)方案設計：
　　采用開爾文電路消除了導線電阻對溫度測量結果的影

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

4、　　針對鉑電阻自熱效應對測量精度的影響，采用的小激勵電流，減小鉑電阻的功耗，并設計相應的大面積均勻傳熱散熱結構以增強散熱效率、減小鉑電阻自熱效應對溫度測量的影響至可忽略的程度；0.5mA
　　針對測溫電路中存在的共模及差模干擾問題，本文通過優(yōu)化電路板設計、使用濾波電路、屏蔽電纜及其驅動電路、電磁干擾屏蔽層，抑制了共模、差模噪聲對測量信號的干擾，提高了測溫精度。
　　2.精密測溫電路及軟件編程設計：
　　根據(jù)基于雙向恒流

5、源和基準電阻的精密溫度測量方案，設計了相應的信號調(diào)理模塊、有源濾波電路、屏蔽電纜驅動電路、基于DSP的高精度數(shù)據(jù)采集及控制電路，可實現(xiàn)高精度的信號放大、整形、濾波及屏蔽噪聲的功能，保證了信號前級處理精度，利用24位高速A/D對信號進行采集，同時利用軟件算法進行采樣數(shù)據(jù)的中位值平均濾波并進行鉑電阻的非線性特性擬合，保證了溫度測量的精度和分辨率。
　　本文在上述測量方案和硬件電路的基礎上，設計了相關的實驗系統(tǒng)，并對本文設計的精密溫度測