High-precision multi-reference ratiometric temperature measurement system

XIN Shi-jie; DING Lei

doi:10.37188/OPE.20212905.1115

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

High-precision multi-reference ratiometric temperature measurement system

Micro\/Nano Technology and Fine Mechanics | 更新时间：2026-09-11

- High-precision multi-reference ratiometric temperature measurement system
- Optics and Precision Engineering Vol. 29, Issue 5, Pages: 1115-1126(2021)
- 作者机构：
  
  1.中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
  2.中国科学院大学，北京 100049
  3.中国科学院红外探测与成像技术重点实验室，上海 200083
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.37188/OPE.20212905.1115
  CLC： TH811
- Received：02 December 2020，
  
  Revised：2020-12-22，
  
  Published：15 May 2021
- 稿件说明：
移动端阅览
辛世杰,丁雷.高精度多参考阻值比率测温系统[J].光学精密工程,2021,29(05):1115-1126.

XIN Shi-jie,DING Lei.High-precision multi-reference ratiometric temperature measurement system[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(05):1115-1126.
辛世杰,丁雷.高精度多参考阻值比率测温系统[J].光学精密工程,2021,29(05):1115-1126. DOI： 10.37188/OPE.20212905.1115.

XIN Shi-jie,DING Lei.High-precision multi-reference ratiometric temperature measurement system[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(05):1115-1126. DOI： 10.37188/OPE.20212905.1115.

摘要

单参考阻值比率测温系统是一种目前常用的高精度测温方法，可以有效削弱恒流源长期漂移、放大器增益漂移、热电势等因素对测量结果所造成的影响，但测量性能会随着测量阻值远离参考电阻阻值而变差。为了解决该问题，本文首先分析了基于恒流源的铂电阻、参考电阻比率测温方法，引入非线性因子，理论分析了测量性能会随着测量阻值远离参考电阻阻值而变差的原因，并由此提出了多参考阻值比率测温方法，进行了硬件系统的设计。对多参考阻值比率测温系统进行了长期稳定性、分辨能力、不同环境温度所造成非线性标定劣化的等效实验，验证了本文理论推导部分的正确性。实验结果表明，在

38.8~64.6 ℃的温度测量范围内，高精度多参考阻值比率测温系统的测量稳定性优于0.002 5 ℃/5 day，测量分辨能力优于0.001 25 ℃，在5~45 ℃环境温度下的测量稳定性优于0.004 ℃。基本满足长期、环境温度变化较大的温度测量应用需求。

Abstract

The single-reference resistance ratio temperature measurement system is a commonly used method for high-precision temperature measurement， which can effectively weaken the effect of constant current source long-term drift， amplifier gain drift， thermoelectric potential， and other factors on the measurement results. However， the performance worsens when the value of the measured resistance is far away from the reference resistance. To solve this problem， we analyze the platinum resistance and a single-reference resistance ratio temperature measurement method based on a constant current source， introduce a nonlinear factor， and analyze why the measurement performance will deteriorate as the value of the measured resistance moves far away from the reference resistance. Moreover， based on this， a multi-reference resistance ratio temperature measurement method is proposed and the hardware system is designed. The multi-reference resistance ratio temperature measurement system was tested by performing equivalent experiments to determine the long-term stability， resolution ability， and nonlinear calibration degradation caused by different ambient temperatures， which verifies the correctness of the theoretical derivation part of this study. The experimental results showed that， in the temper

ature measurement range of approximately

38.8~64.6 ℃， the measurement stability of the high-precision multi-reference resistance ratio temperature measurement system is better than 0.0025 ℃/5 d， the measurement resolution is better than 0.00125 ℃， and the measurement stability at an ambient temperature range of 5 to 45 ℃ is better than 0.004 ℃. It basically meets the long-term temperature measurement application requirements with large environmental temperature changes.

关键词

Keywords

references

郭玲玲，赵其昌，杨勇，等 . 傅里叶变换光谱仪的红外探测器非线性校正［J］. 光学学报， 2020 ， 40 （ 5 ）： 214 - 221 .

GUO L L ， ZHAO Q CH ， YANG Y ， et al . A nonlinearity correction method for the response produced by the infrared detectors of the Fourier transform spectrometers ［J］. Acta Optica Sinica ， 2020 ， 40 （ 5 ）： 214 - 221 . （in Chinese）

刘加庆，韩顺利，孟鑫，等 . 一种2～14 μm红外光谱辐射计的辐射定标方法［J］. 光学学报， 2019 ， 39 （ 2 ）： 168 - 174 .

LIU J Q ， HAN SH L ， MENG X ， et al . Radiometric calibration method of 2-14um infrared spectroradiometer ［J］. Acta Optica Sinica ， 2019 ， 39 （ 2 ）： 168 - 174 . （in Chinese）

陈双远，许方宇，王飞翔，等 . 中红外大气背景辐射测量系统及误差分析［J］. 光学学报， 2019 ， 39 （ 03 ）： 9 - 18 .

CHEN SH Y ， XU F Y ， WANG F X ， et al . Measurement system and error analysis of mid-infrared atmospheric background radiation ［J］. Acta Optica Sinica ， 2019 ， 39 （ 3 ）： 9 - 18 . （in Chinese）

陆其峰，徐一树，吴春强，等 . 红外高光谱干涉仪辐射定标误差敏感性因子的仿真分析［J］. 光学精密工程， 2020 ， 28 （ 4 ）： 867 - 877 .

LU Q F ， XU Y SH ， WU CH Q ， et al . Simulation analysis of error sensitivity factors in radiometric calibration of hyperspectral interferometer ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2020 ， 28 （ 4 ）： 867 - 877 . （in Chinese）

胡朝云，郝小鹏，宋健，等 . 红外高光谱大气探测仪星载固定点黑体辐射源的研制［J］. 计量学报， 2019 ， 40 （ 2 ）： 232 - 239 .

HU C Y ， HAO X P ， SONG J ， et al . Development of blackbody radiation sources at fixed point on satellite of infrared hyperspectral atmospheric detector ［J］. Acta Metrologica Sinica ， 2019 ， 40 （ 2 ）： 232 - 239 . （in Chinese）

胡鹏程，时玮泽，梅健挺 . 高精度铂电阻测温系统［J］. 光学精密工程， 2014 ， 22 （ 4 ）： 988 - 995 .

HU P CH ， SHI W T ， MEI J T . High precision Pt-resistance temperature measurement system ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2014 ， 22 （ 4 ）： 988 - 995 . （in Chinese）

付淑芳，丁炯，杨遂军，等 . 基于32位∑-ΔADC的高精度测温系统设计及误差分析［J］. 仪表技术与传感器， 2019 ，（ 2 ）： 99 - 103 .

FU SH F ， DING J ， YANG S J ， et al . 32-bit Σ－ΔADC based high precision temperature measurement system design and error analysis ［J］. Instrument Technique and Sensor ， 2019 ，（ 2 ）： 99 - 103 . （in Chinese）

宋宝奇，叶新，杨东军，等 . 空间低温辐射计中的精密电压测量系统［J］. 光学精密工程， 2015 ， 23 （ 7 ）： 1903 - 1910 .

SONG B Q ， YE X ， YANG D J ， et al . Precise measurement of voltages in space cryogenic radiation temperature system ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2015 ， 23 （ 7 ）： 1903 - 1910 . （in Chinese）

骆丽，杨永刚，胡文涛，等 . 基于Pt100的高精度测温电路［J］. 北京交通大学学报， 2017 ， 41 （ 5 ）： 52 - 57 .

LUO L ， YANG Y G ， HU W T ， et al . High-precision temperature measurement circuit based on Pt100 ［J］. Journal of Beijing Jiaotong University ， 2017 ， 41 （ 5 ）： 52 - 57 . （in Chinese）

顾吉林，刘淼，耿杨，等 . 基于PT100的高精度温度测量电路的设计［J］. 测控技术， 2018 ， 37 （ 5 ）： 101 - 103 .

GU J L ， LIU M ， GENG Y ， et al . Design of a high-precision temperature measuring circuit based on PT100 ［J］. Measurement & Control Technology ， 2018 ， 37 （ 5 ）： 101 - 103 . （in Chinese）

赵金标，朱庆生，周小军，等 . 基于Pt1000的滤光器测温系统设计［J］. 传感器与微系统， 2017 ， 36 （ 6 ）： 73 - 76 .

ZHAO J B ， ZHU Q S ， ZHOU X J ， et al . Design of optical filter temperature measurement system based on Pt1000 ［J］. Transducer and Microsystem Technologies ， 2017 ， 36 （ 6 ）： 73 - 76 . （in Chinese）

方院生，王琦，丁诚，等 . 标准铂电阻温度计的自热效应研究及零功率修正方法［J］. 测控技术， 2015 ， 34 （ 11 ）： 9 - 11 .

FANG Y SH ， WANG Q ， DING CH ， et al . Study on standard platinum resistance thermometer self-heating effect and zero-power correction ［J］. Measurement & Control Technology ， 2015 ， 34 （ 11 ）： 9 - 11 . （in Chinese）

Views

990

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Design of hybrid frame for on-orbit flywheel fault diagnosis

The Processing Method of the Mono-lever Manipulator's Data Acquisition of the Transit Instrument Training Simulation System

Characteristics of Position Sensitive Detector and its Application in Optical Triangulation

Design and implementation of a model for the characteristics of ground-based space target telescope's all day time detection capability

Automatic null testing of high-order aspheric surfaces based on sensitivity matrix

Related Author

Lin ZHAO

Yi-peng WANG

Yong HAO

WU Zhi-Yong

YU Xiu-Yan

Yuan Yazhen

Related Institution

Control Engineering, Harbin Engineering University

Changchun Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences

Changchun Institute of Optics and Fins Mechanics, Chinese Academy. of Sciences

AI问答

Address：No.3888 Dong Nanhu Road, Changchun, Jilin, China Postal code：130033
Tel：0431-86176855 Email：gxjmgc@ciomp.ac.cn
Technical support is provided by Beijing Founder electronics co., LTD 吉ICP备11002662号-17 京公网安备11010802024621
It is recommended to read the content of this site in Chrome&IE9+. Please switch to extreme mode in browser 360.
Cookies We use cookies to help provide and enhance our service and tailor content. By continuing, you agree to the use of cookies.

⁰