图1 铂电阻阻值监测电路示意图

2) 电流监测电路设计

电流监测电路如图2所示。在监测过程中，最多需要监测四路加温电流，所以我们选用了四片Allegro公司的高精度的霍尔效应线性电流传感器ACS712，其输出电压正比于交/直流电流输入，在室温下其输出误差小于1.5%，精度完全能够满足总电流0.5A、分路电流0.2A的测量精度。选择量程为20A的ACS712-20A用于监测总加温电流，其余三片监测分路加温电流的ACS712-5B量程为5A，电流传感器输出的电压信号无需放大即可直接送入数据采集设备。

图2 电流监测电路

3) “加温好”信号监测电路设计

“加温好”信号是由惯性制导系统初级加温达到45℃时对外输出的28V直流电压信号，考虑到一般数据采集设备的量程，我们将其作分压处理，原理图如下：

图3 “加温好”信号监测电路

图中，Tok+的输出为0V、1.33V，经过分压后的电压信号更加方便数据采集设备的处理。

4) 数据采集设备的选择

• 精度

铂电阻阻值监测精度分析

铂电阻的阻值计算公式：

R(t)=R(0℃)（1+At+Bt2）………………………………………………………（1）

式中：

R(t)——温度为t时铂电阻的阻值；

t——温度；

R(0℃)——温度为0℃时铂电阻的阻值（这里为500Ω）；

A——3.90802×10-3 ℃-1；

B——-5.80195×10-7 ℃-2。

根据公式计算可得到

R（25℃）=500×（1+3.90802×10-3×25-5.80195×10-7×252）=548.7Ω

R（52℃）=500×（1+3.90802×10-3×52-5.80195×10-7×522）=600.8Ω

R（60℃）=500×（1+3.90802×10-3×60-5.80195×10-7×602）=616.2Ω

R（75℃）=500×（1+3.90802×10-3×75-5.80195×10-7×752）=644.9Ω

由于监测都在室温下进行，我们将温度监测的低点设为25℃，高点设为75℃，并保证0.1℃的监测精度。将图1中的R取549Ω，则温度在25℃~75℃之间时，输出的电压信号在0~200mV之间，则放大倍数G=19.93（RG=2.61kΩ）时可输出0~4V的电压信号。由于R与T近似线性关系，也即Ｒ也需要1/500的相对精度，但由于输出电压与R是非线性关系,当R变化1/500时，

根据R与电压的关系可得：

Ｕ1=G*(2.5-549*5/(R+549))

U2=G*(2.5-549*5/（R+R/500+549）)

ΔU=U2-U1=G*(2.5-549*5/（R+R/500+549）-2.5+549*5/(R+549))=5.49*G*R/((R+549)(R+R/500+549))

当R在548.7~644.9Ω之间时ΔU在49.6~50mV之间,因此数据采集卡在量程为0~5V时应具有不大于49.6mV的绝对精度。

根据电流传感器输出电压的灵敏度，量程为20A的电流传感器灵敏度为100mV/A，输出电压范围0.5Ｖ~2.5V；量程为5A的电流传感器灵敏度为185mV/A，输出电压范围1.575~2.5V；同时还需监测+5V（DAQ）精密电压基准以方便对电流传感器输出电压进行校准，因此数据采集卡在量程为0~5V时应具有不小于100mV的绝对精度。

“加温号”信号只需监测其有无，无精度要求。

• 采样速率

本应用对采样速率无特殊要求，不小于100S/s的采样速率即可满足要求。

• 模拟输入通道

三路差分模拟输入通道" title="输入通道">输入通道分别用来精确测量铂电阻阻值、加温电流、+5V（DAQ）精密电压基准；一路模拟或数字输入通道用来监测“加温号”信号的有无，当选用数字输入通道时，图3中的R26应换用10k电阻，R27应不大于1k，否则无法将数字输入通道拉低到零。

• 数字I/O

能输出六路铂电阻通道切换控制信号和四路电流传感器输出电压通道切换控制信号，共需十路（并行控制）数字I/O，或者四路（串行控制，需要译码器配合）数字I/O。

根据上述要求我们选用美国国家仪器公司的便携式多功能数据采集设备NI USB-6008, NI USB-6008具有10kS/s采样速率、12位分辨率，8路模拟输入、2路模拟输出，12路数字I/O，1个32位的数字计数器，功能全面，性能适中，具有很高的性价比。NI USB-6008在量程为±5V的差分工作模式下，绝对精度可达4.28mV，完全可以满足监测的需要。

软件及界面设计

软件程序流程图如图4所示，程序初始化后首先进行系统配置，选择测试项目，输入产品信息和测试信息等测试必需的配置选项，然后即可开始采集工作，此时NI USB-6008被配置为四路差分模拟输入通道，分别对电阻、电流、基准电压、“加温好”信号进行采集，而P0和P1口被用来控制多路电阻和电流的切换。数据被实时的显示在前面板上，数据的其他处理在后台进行。达到设定的监测时间或用户终止采集后结束采集，生成测试报表，表中的控温精度是根据标准偏差算法求得，计算公式如下：

………………………………………………………（2）

其中， 为样本的平均值，n为样本个数。测试报表共给出了25分钟、30分钟、35分钟、40分钟时的控温精度，用以衡量本路控温电路的稳定性。数据预览无误后可保存或打印输出。

图4 软件程序流程图

软件操作界面分为系统配置、数据采集、报表管理3个页面组成。

系统配置页面如图5所示，主要用来配置测试项目、测试信息等初始信息，这些信息可导出和载入，方便用户在下次测试相同项目时使用。

图5 系统配置页面

数据采集页面如图6所示，本页面是程序的的核心界面，界面简洁，重点突出。温度曲线的实时监测图像占据了整个页面的四分之三左右，可方便用户一目了然的观察当前的控温状况，同时界面还提供了电流数据的实时显示，“加温好”信号和控温异常报警指示灯。

图6 数据采集页面

报表管理页面如图7，包括报表预览、保存和打印功能。

图7 报表管理页面

结论

在采用本方案之前，我们对温控电路的监测是通过Agilent 34401A 6 1/2位数字万用表配合继电器驱动和控制电路监测六路铂电阻阻值，阻值数据通过串口传出给计算机进行处理；通过四块4 1/2位数字万用表的来监测电流，同时人工记录电流数据，硬件成本高昂，且费时费力。现在只需以前十分之一左右的成本即可实现同样精度的监测，同时借助labVIEW强大的软件功能，我们实现了了数据的实时记录和处理，并生成标准的测试表格方便存储和打印，无需人工记录，节约了人力成本。