高精度温度测量仪.pdf

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1、高精度温度测量仪HighPrecisionTemperatureMeasuringInstruments作者：姜华（同济大学中德学院，上海200092）姜华，万辉，殳伟群摘要：介绍了一种和国外先进的高精度温度测量仪性能相当、价格较低、2高精度温度测量的现状体积较小的测温仪器的开发。首先讨论了硬件的配置和参数设置，误差的来源及相应对策，最后讨论具体的软件实现过程，评估系统的测量精就温度而言，对于在0℃时的SPRT，1ppm相当于度。0.00025℃。不确定度逼近0.001℃或更好的温度测量是一项关键词：PCI总线；Labwindows/CV

2、I；信号处理；窗函数极难克服的挑战。电阻温度测量中所固有的各种误差源使得获得这种准确度十分困难。Abstract:Thepaperintroducesthedesignofakindofhighprecisiontemperaturemeasuringinstruments,whichcanreachthesameorhigher尽管温度测量仪器已经有了较长时间的发展，测温仪器precisionofforeignadvancedinstruments,butmuchcompacterandcheaper.的种类和测量方式十分广泛，各种产品

3、广泛地应用于各种各Itdiscusseshardwareconfigurationandparameterssetting,originoferrors个行业。但是能够测量精度达到ppm级的仪器，十分罕见。andappropriatemeasure.Itdiscussestherealizationprocessbysoftware国外一些精度较高的仪器如上文所述，其价格昂贵、体积较finallyandevaluatesthemeasureprecisionofthissystem.大；国内基本没有如此高精度的测温仪器。Keywords:

4、PCIBus;Labwindows/CVI;Signalsprocess;Windowfunction本课题初步开发出了精度在5ppm以内，软件功能基本较为健全的仪器。1概述3仪器的整体结构框架2002年6月12日，科技部组织召开了863计划“100nm数据采集板卡和继电器控制板卡都是通过PCI总线和计分辨率193nmArF准分子激光器步进扫描投影光刻机”重大算机进行通讯，实现通道继电器回路的通断控制和通道的数项目的可行性论证会，并通过了该重大项目。据采集。恒温腔部分十分关键，独立成为一个系统，其通讯100nm分辨率光刻机光学系统对温度的

5、要求十分严格，由CPU的串口和PC机的串口进行通讯。由应用程序实现整其最细的光刻线宽只有0.1μm，要保证这样的线宽，除了严个系统温度测量的控制。系统的整体框架图如图1所示。格控制工艺条件外，还要有严格的环境保证，要保证工作环境的温度波动在22℃左右极小的范围内。为了正确完成高精应用程序度控温系统的设计和制作，就要求高精度的温度测量，从而测温指标要达到22℃±0.01℃的量级，不确定度为0.003℃。因此，光刻机温控系统具有非常高的温度测量精度要求。由于目前国内尚没有这样高精密的测量仪器，光刻机测继电器扫数据采集参考电测温描电路（包系统（

6、包括阻恒温温系统只能采用国外技术和设备，如美国Hart公司1590高传感括PCL735NI4351板系统精度测温仪。该测温仪可以满足精度要求，但存在很多致命器系统板卡）卡）的缺点：·必须结合PC机和扫描仪才能使用，体积庞大，移串口PCI总线PCI总线动不便；PC·成本高，仪器部分的价格就达26万元；机PCI总线·属于进口设备，购买受到各种限制或存在不便；·应用功能不能改动，无法灵活的满足用户的要求。图1系统整体框图于是，制造一种体积小、功能齐全、安全性高、价格低本课题中所需的试验硬件设备为：的高精度测温仪器的要求就应运而生。·NI4351

7、板卡（DAQ），NI4351采用PCI总线技术与计算机通信，完成数据采集的功能。其中包含一个24bit的模收稿日期：2005－07－01数转换器，可实现16通道的高速数据采集。内嵌多路通道扫作者简介：姜华（1973－），男，江苏扬州人，电气工程师，硕士，研描开关以及1mA、25μA的恒流源。究方向为过程控制与计算机控制；万辉（1978－），男，江西南昌人，·PC机研究方向为过程控制与计算机控制；殳伟群（1951－），男，江苏武进·继电器输出板卡PCL735及附属设备人，工学博士，教授，博导。2005中国工业以太网发展论坛将于10月18~1

8、9日在上海举行，敬请关注！83·恒温腔及相关设备恒温腔的控制回路见下图，由Pspice绘制，并经过仿真。·参考电阻实际测试过程中，输入的微小电压改变，如1ppm的阻值变·测温传感器化引起的电压