DS1820及其高精度温度测量的实现

技术分类: 测试与测量  | 2005-12-08
来源:电子产品世界

       在传统的模拟信号远距离温度测量系统中,需要很好的解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差问题等技术问题,才能够达到较高的测量精度。我们在为某水电站开发水轮发电机组轴瓦温度实时监测系统时,为了克服上面提到的三个问题,采用了新型数字温度传感器DS1820,在对其测温原理进行详细分析的基础上,提出了提高DS1820测量精度的方法,使DS1820的测量精度由0.5℃提高到0.1℃以上,取得了良好的测温效果。    

       1 DS1820简介    

       DS1820是美国DALLAS半导体公司生产的可组网数字式温度传感器,在其内部使用了在板(ON-B0ARD)专利技术。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。与其它温度传感器相比,DS1820具有以下特性:    
   

    (1)独特的单线接口方式,DS1820在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS1820的双向通讯。    
       (2)DS1820支持多点组网功能,多个DS1820可以并联在唯一的三线上,实现多点测温。           
       (3)DS1820在使用中不需要任何外围元件。    
       (4)温范围-55℃~+125℃,固有测温分辨率0.5℃。    
       (5)测量结果以9位数字量方式串行传送。    

       DS1820内部结构框图如图1所示。    

DS1820内部结构框图

       DS1820测温原理如图2所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小,用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变,所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数,当计数器1的预置值减到0时,温度寄存器的值将加1 ,计数器1的预置将重新被装入,计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循环直到计数器2计数到0时,停止温度寄存器值的累加,此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图2中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性,其输出用于修正计数器1的预置值。    

DS1820测温原理

       在正常测温情况下,DS1820的测温分辩率为0.5℃以9位数据格式表示,其中最低有效位(LSB)由比较器进行0.25℃比较,当计数器1中的余值转化成温度后低于0.25℃时,清除温度寄存器的最低位(LSB),当计数器1中的余值转化成温度后高于0.25℃,置位温度寄存器的最低位(LSB),如-25.5℃对应的9位数据格式如下:    

DS1820暂存寄存器分布

       2 提高DS1820测温精度的途径     

       DS1820正常使用时的测温分辨率为0.5℃,这对于水轮发电机组轴瓦温度监测来讲略显不足,在对DS1820测温原理详细分析的基础上,我们采取直接读取DS1820内部暂存寄存器的方法,将DS1820的测温分辨率提高到0.1℃~0.01℃. 

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