一種高精度測(cè)溫儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種高精度測(cè)溫儀，其包括：恒流源，所述恒流源用以提供穩(wěn)定的電流；參考電阻，所述參考電阻具有高的阻值穩(wěn)定性；溫度傳感器，所述溫度傳感器對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)；所述恒流源與所述參考電阻和/或溫度傳感器進(jìn)行連接，通過測(cè)量參考電阻與溫度傳感器上的電壓獲得所述溫度傳感器的阻值。本實(shí)用新型的高精度測(cè)溫儀測(cè)量范圍廣，測(cè)量精度高，具有更佳的可靠性、更小的尺寸、更輕的重量和更低的成本。
【專利說明】ー種高精度測(cè)溫儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及ー種測(cè)溫儀，尤其是涉及ー種用于熱量表配對(duì)溫度傳感器的高精度數(shù)字測(cè)溫儀。
【背景技術(shù)】
[0002]熱量表是用于測(cè)量熱量交換系統(tǒng)所釋放熱量的儀表，通常用于測(cè)量在一個(gè)熱流回路中流體釋放熱量多少，是熱量計(jì)量的基礎(chǔ)。熱量表主要由流量傳感器、配對(duì)溫度傳感器和計(jì)算器等部分組成，熱量表的基本工作原理是:將配對(duì)溫度傳感器分別安裝在熱交換回路的入口和出ロ的管道上，將流量傳感器安裝在入口或出ロ管上。流量傳感器發(fā)出與流量成正比的信號(hào)，配對(duì)溫度傳感器給出表示入口和出口的溫度信號(hào)，計(jì)算器則將流量的信號(hào)和溫度的信號(hào)收集起來，經(jīng)過計(jì)算，顯示出載熱液體從入口流至出口所釋放的熱量值。
[0003]熱量表配對(duì)溫度傳感器的溫差測(cè)量要求精度較高，為了適應(yīng)測(cè)量準(zhǔn)確性的要求，測(cè)溫儀的不確定度應(yīng)優(yōu)于5mK。配熱量表溫度標(biāo)準(zhǔn)的溫度傳感器一般有兩種，標(biāo)準(zhǔn)鉬電阻溫度計(jì)和高精度エ業(yè)鉬電阻溫度計(jì)，名義電阻值在(0-100) °C約為(25-35) Q和(100-139)Q?，F(xiàn)有的對(duì)配對(duì)溫度傳感器的溫度進(jìn)行測(cè)量的測(cè)溫儀多為測(cè)溫電橋，且價(jià)格很高；而常用的數(shù)字多用表的功能主要在電壓測(cè)量，電阻測(cè)量的精度并不高，通常的6位半和7位半數(shù)字表，無法滿足熱量表配對(duì)溫度傳感器溫差測(cè)量的準(zhǔn)確度要求。
[0004]目前，現(xiàn)有測(cè)溫設(shè)備的原理是給予被測(cè)部分ー個(gè)激勵(lì)電流，在施加激勵(lì)電流后，檢測(cè)被測(cè)部分因?yàn)橥ㄟ^激勵(lì)電流后產(chǎn)生的電勢(shì)差。再得到這個(gè)電勢(shì)差后，與基準(zhǔn)參考電壓做對(duì)比來獲取被測(cè)部分的電阻值，再通過計(jì)算得到溫度值。然而在此測(cè)量過程中會(huì)存在兩個(gè)方面的誤差:首先，由于需要與基準(zhǔn)參考電壓進(jìn)行比較，而基準(zhǔn)參考電壓隨著時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生漂移，進(jìn)入影響所測(cè)得的電阻值的準(zhǔn)確性，進(jìn)ー步而言，現(xiàn)在能使用上的最好的商業(yè)電壓基準(zhǔn)毎年也有5ppm的漂移，并且，這種漂移是不確定的。其次，在溫度傳感器中還存在有熱電勢(shì)，在常溫環(huán)境這種熱電勢(shì)對(duì)測(cè)量所帯來的誤差尚不大，但是隨著被測(cè)物體溫度與環(huán)境溫度差值的增加，熱電勢(shì)帶來的誤差則不可忽視，現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)試方法沒有能消除熱電勢(shì)誤差，而且每次安裝傳感器時(shí)的不確定同樣帶來這種誤差的不確定。因此上述兩種誤差是不可修正的。
[0005]因此，現(xiàn)有的測(cè)溫裝備無法滿足熱量表配對(duì)溫度傳感器的高精度的檢測(cè)需要。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型的目的是提供ー種高精度測(cè)溫儀，其能夠克服現(xiàn)有的測(cè)溫儀中存在的
誤差影響。
[0007]本實(shí)用新型提供了ー種高精度測(cè)溫儀，其包括:恒流源，所述恒流源用以提供穩(wěn)定的電流；參考電阻，所述參考電阻具有高的阻值穩(wěn)定性；溫度傳感器，所述溫度傳感器對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)；其特征在于:所述恒流源與所述參考電阻和/或溫度傳感器進(jìn)行連接，通過測(cè)量參考電阻與溫度傳感器上的電壓獲得所述溫度傳感器的阻值。[0008]其中，進(jìn)一步包括放大器，所述放大器與所述參考電阻或溫度傳感器進(jìn)行連接。
[0009]其中，進(jìn)一步包括轉(zhuǎn)換器，所述轉(zhuǎn)換器與放大器連接。
[0010]其中，進(jìn)一步包括微控單元，所述微控單元與所述轉(zhuǎn)換器進(jìn)行連接。
[0011 ] 其中，所述測(cè)溫儀還具有操控面板，所述操控面板上設(shè)置有顯示屏。
[0012]其中，在操控面板上還設(shè)置有至少一個(gè)操作按鈕。
[0013]本實(shí)用新型的高精度測(cè)溫儀測(cè)量范圍(O?300) Ω，可選擇不同測(cè)量單位CC或Ω)，滿足工業(yè)中常用溫區(qū)的要求；雙通道輸入，可以同時(shí)測(cè)量和顯示；內(nèi)置90國(guó)際溫標(biāo)(ITS-90)不同溫區(qū)算法、IEC751標(biāo)準(zhǔn)算法和單只傳感器分度(分度系數(shù)輸入計(jì)算)算法以及多項(xiàng)式算法；可用于標(biāo)準(zhǔn)鉬電阻溫度計(jì)、工業(yè)鉬電阻溫度計(jì)以及特殊要求的電阻溫度計(jì)的測(cè)量；數(shù)字濾波技術(shù)使得在具備消除噪聲的同時(shí)，確保具有快速反應(yīng)能力；優(yōu)秀的積分非線性使得測(cè)試結(jié)果可靠；溫度波動(dòng)的彩色曲線能讓用戶清晰了解所測(cè)溫度變化過程。內(nèi)部溫度補(bǔ)償使得通常環(huán)境下的使用不需要恒溫裝置；多種可選通訊界面；觸摸屏操作給予用戶最大可能的易用性；自動(dòng)檔位切換十分易于使用；全固態(tài)設(shè)計(jì)使數(shù)字測(cè)溫儀有更佳的可靠性、更小的尺寸、更輕的重量和更低的成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1示出高精度測(cè)溫儀的外觀結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2示出了高精度測(cè)溫儀的一個(gè)實(shí)施例的測(cè)溫電路示意圖；
[0016]圖3示出了高精度測(cè)溫儀的另一個(gè)實(shí)施例的測(cè)溫電路示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面將參照附圖中示出的本實(shí)用新型的示例性實(shí)施方式來進(jìn)行詳細(xì)說明。附圖只是為了便于理解實(shí)用新型，其具體示意結(jié)構(gòu)、比例、尺寸和具體的線條形式不作為對(duì)本實(shí)用新型的限制。需要聲明的是，實(shí)施例中給出的是本實(shí)用新型的示意性結(jié)構(gòu)，并不作為對(duì)具體結(jié)構(gòu)的限制。
[0018]本實(shí)用新型的高精度測(cè)溫儀，圖1給出了其外觀結(jié)構(gòu)示意圖，該示意圖只是為了便于理解本實(shí)用新型所給出的示意性圖片，并不作為對(duì)其結(jié)構(gòu)以及外觀的具體限定，其實(shí)際的功能和結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比圖上所給出的復(fù)雜，如圖1所示，測(cè)溫儀I包括主體結(jié)構(gòu)，所述主體結(jié)構(gòu)內(nèi)收納有各種電路元件；在測(cè)溫儀I上具有操控面板，所述操控面板上通?？删哂酗@示屏2，所述顯示屏2為液晶顯示屏或觸摸屏，在操控面板上還設(shè)置有至少一個(gè)操作按鈕3，所述操作按鈕3可根據(jù)具體的功能需要設(shè)置具體的按鈕數(shù)量和操作形式。
[0019]圖2給出了本實(shí)用新型的測(cè)溫電路的一個(gè)實(shí)施例，如圖2所示，所述測(cè)溫電路包括恒流源4，所述恒流源4為電路提供恒定電流，在測(cè)量過程中，保持電路中電流的穩(wěn)定，優(yōu)選該恒流源4為可變向恒流源，該可變向橫流源的電流方向可自動(dòng)進(jìn)行改變或根據(jù)電路控制進(jìn)行調(diào)整；所述恒流源4可與參考電阻5或溫度傳感器6進(jìn)行連接，所述溫度傳感器6在圖2中以電阻形式表示，所述恒流源4通過線路與參考電阻5的第一端10和第二端8進(jìn)行連接，或者所述恒流源4通過線路與溫度傳感器6的第一端9和第二端7進(jìn)行連接；在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，恒流源4向所述參考電阻5和溫度傳感器6施加恒定電流，為了獲得參考電阻5和溫度傳感器6上的電勢(shì)，采用第一連接線11和第二連接線14連接到參考電阻的兩側(cè)，采用第三連接線12和第四連接線13連接到溫度傳感器的兩側(cè)；放大器15的第一端與第二連接線14、第四連接線13相鄰，在放大器15的第一端位置處可設(shè)置模擬開關(guān)，以選擇所述放大器15的第一端與第二連接線14或第四連接線13進(jìn)行電連接；放大器15的第二端與第一連接線11、第三連接線12相鄰，在放大器15的第二端位置處可設(shè)置模擬開關(guān)，以選擇所述放大器15的第二端與第一連接線11或第三連接線12進(jìn)行電連接；所述放大器15的第三端與轉(zhuǎn)換器16進(jìn)行連接，所述轉(zhuǎn)換器16與微控單元17進(jìn)行連接，所述微控単元優(yōu)選可為單片機(jī)，以對(duì)獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，并獲得測(cè)量結(jié)果。
[0020]作為本實(shí)用新型的另ー個(gè)實(shí)施例，如圖3所示的測(cè)溫電路。所述測(cè)溫電路包括恒流源4，所述恒流源4為電路提供恒定電流，在測(cè)量過程中，保持電路中電流的穩(wěn)定，優(yōu)選該恒流源4為可變向恒流源，該可變向橫流源的電流方向可自動(dòng)進(jìn)行改變或根據(jù)電路控制進(jìn)行調(diào)整；在該測(cè)溫電路中，所述恒流源4可與參考電阻5和溫度傳感器6進(jìn)行串聯(lián)連接，在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，恒流源4向所述參考電阻5和溫度傳感器6施加恒定電流，由于采用串聯(lián)形式，通過參考電阻5和溫度傳感器6的電流的大小相同，為了獲得施加參考電阻5和溫度傳感器6上的電勢(shì)，采用第一連接線11和第二連接線14連接到參考電阻的兩側(cè)，采用第三連接線12和第四連接線13連接到溫度傳感器的兩側(cè)；放大器15的第一端與第二連接線14、第四連接線13相鄰，在放大器15的第一端位置處可設(shè)置模擬開關(guān)，以選擇所述放大器15的第一端與第二連接線14或第四連接線13進(jìn)行電連接；放大器15的第二端與第一連接線
11、第三連接線12相鄰，在放大器15的第二端位置處可設(shè)置模擬開關(guān)，以選擇所述放大器15的第二端與第一連接線11或第三連接線12進(jìn)行電連接；所述放大器15的第三端與轉(zhuǎn)換器16進(jìn)行連接，所述轉(zhuǎn)換器16與微控單元17進(jìn)行連接，以對(duì)獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，并獲得測(cè)量結(jié)果。
[0021]本實(shí)用新型采用了系統(tǒng)斬波的辦法來消除熱電勢(shì)誤差，作為配對(duì)熱量表中溫度傳感器，在具體的測(cè)溫環(huán)境中，某一個(gè)時(shí)刻的熱電勢(shì)誤差是ー個(gè)固定方向的，通過對(duì)恒流源4中的激勵(lì)電流方向進(jìn)行改變，快速交換激勵(lì)電流的方向改變激勵(lì)電流產(chǎn)生電勢(shì)差的方向，但是此時(shí)熱電勢(shì)方向是不變的，通過這種手段能夠消除熱電勢(shì)帶來的誤差，并且，因?yàn)榭焖俳粨Q激勵(lì)電流方向，同時(shí)也能夠消除了系統(tǒng)低頻噪聲。
[0022]在基準(zhǔn)方面，本實(shí)用新型摒棄了電壓基準(zhǔn)作為檢測(cè)參考的辦法，而采用穩(wěn)定性好得多的電阻作為系統(tǒng)參考，相對(duì)于年漂移高達(dá)5ppm左右的電壓基準(zhǔn)來說，參考電阻5能做到2ppm/6年，并且，其溫度系數(shù)也能保證在0.05ppm,能夠適應(yīng)高精度的測(cè)溫要求，降低溫度測(cè)量過程中的不確定度，即便如此低的TCR，也進(jìn)ー步通過線性化進(jìn)行了校準(zhǔn)，徹底消除由此帶來的誤差，并且，實(shí)現(xiàn)全固化設(shè)計(jì)。
[0023]本實(shí)用新型的測(cè)溫儀是通過比較被施加相等電流的兩個(gè)電阻之間的電壓來測(cè)量它們之間的電阻比。如圖2所示，顯示了該測(cè)量電路的基本部分。它們包括電流源、傳感器、參考電阻、模擬開關(guān)、放大器、摸-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和微控單元(MCU)。精確恒定的激勵(lì)電流分別流過參考電阻5和溫度傳感器6。恒流源4所產(chǎn)生的電流在參考電阻5和溫度傳感器6上產(chǎn)生ー個(gè)電壓，該電壓分別與其電阻值成正比。所述電壓使用放大器15和ADC轉(zhuǎn)換器16進(jìn)行測(cè)量，因?yàn)橐淮沃荒軠y(cè)量其中ー個(gè)電壓，必須使用模擬開關(guān)進(jìn)行切換。在測(cè)量時(shí)，通過連接第一連接線11和第二連接線14對(duì)參考電阻兩端的電壓進(jìn)行測(cè)量，連接第三連接線12和第四連接線13對(duì)溫度傳感器兩端的電壓進(jìn)行測(cè)量；對(duì)參考電阻5和溫度傳感器6的電壓分別測(cè)量?jī)纱危趦纱螠y(cè)量中電流的方向相反。由于這兩個(gè)電壓測(cè)量值是恒定的，因此將它們相減就可以消除偏移電壓(包括由熱電動(dòng)勢(shì)而產(chǎn)生的偏移電壓)。因此，一次電阻比測(cè)量需要四個(gè)電壓樣值。將這些電壓樣值相減并相除而得到傳感器電阻與參考電阻的比值，使用這種方法可以避免因系統(tǒng)失調(diào)、熱電勢(shì)誤差和ADC的不準(zhǔn)確而造成的誤差。根據(jù)測(cè)量定時(shí)的方式，一個(gè)原始測(cè)量中可包含一個(gè)以上的原始比樣值。也可以使用數(shù)字濾波來降低測(cè)量中的噪聲。隨后，MCU通過將測(cè)量到的電阻比乘以參考電阻的已知電阻值來計(jì)算傳感器的電阻。使用內(nèi)置的轉(zhuǎn)換算法可以從電阻計(jì)算出溫度。最后，重新計(jì)算統(tǒng)計(jì)值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度傳感器電阻值的準(zhǔn)確測(cè)量。
[0024]典型電阻測(cè)量?jī)x器的準(zhǔn)確度受到電氣部件穩(wěn)定性(或缺少某些部件)的嚴(yán)重影響。高精度數(shù)字測(cè)溫儀的設(shè)計(jì)可消除對(duì)因老化或溫度而造成的部件變化的敏感度。因?yàn)樵诿看螠y(cè)量過程中，儀器均要對(duì)其自身進(jìn)行重新校準(zhǔn)。激勵(lì)電流、放大器偏置電流、放大器偏移電壓、放大器增益、ADC偏移和ADC量程均不會(huì)對(duì)測(cè)量造成影響。儀器測(cè)量電阻的準(zhǔn)確度只受一個(gè)部件(即參考電阻)的漂移的影響。高精度數(shù)字測(cè)溫儀中內(nèi)置的3個(gè)電阻為高質(zhì)量、密封型、低溫度系數(shù)金屬箔電阻，它們具有2ppm/10年優(yōu)異的穩(wěn)定性。
[0025]作為進(jìn)一步的改進(jìn)，本實(shí)用新型可使用外部標(biāo)準(zhǔn)電阻，這些電阻浸沒在一個(gè)精密控制的油浴中，可以獲得更高的穩(wěn)定性。
[0026]本實(shí)用新型的測(cè)溫儀的測(cè)量范圍(O?300) Ω，可選擇不同測(cè)量單位(°C或Ω)，滿足工業(yè)中常用溫區(qū)的要求；采用雙通道輸入，可以同時(shí)測(cè)量和顯示；內(nèi)置1990國(guó)際溫標(biāo)(ITS-90)不同溫區(qū)算法、IEC751標(biāo)準(zhǔn)算法和單只傳感器分度(分度系數(shù)輸入計(jì)算)算法以及多項(xiàng)式算法；可用于標(biāo)準(zhǔn)鉬電阻溫度計(jì)、工業(yè)鉬電阻溫度計(jì)以及特殊要求的電阻溫度計(jì)的測(cè)量；數(shù)字濾波技術(shù)使得在具備消除噪聲的同時(shí)，具有快速反應(yīng)能力；優(yōu)秀的積分非線性使得測(cè)試結(jié)果可靠；溫度波動(dòng)的彩色曲線能讓用戶清晰了解所測(cè)溫度變化過程。內(nèi)部溫度補(bǔ)償使得通常環(huán)境下的使用不需要恒溫裝置；多種可選通訊界面；觸摸屏操作給予用戶極可能大的易用性；自動(dòng)檔位切換更為易于使用；全固態(tài)設(shè)計(jì)使其得數(shù)字測(cè)溫儀有更佳的可靠性、更小的尺寸、更輕的重量和更低的成本。
[0027]由具體的實(shí)施例以及工作過程的描述，可以方便對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行理解和實(shí)施，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，本說明書中列舉的具體實(shí)施方案或?qū)嵤├徊贿^是為了理解本實(shí)用新型的技術(shù)內(nèi)容，在不背離本實(shí)用新型的主旨和范圍的情況下，本實(shí)用新型在形式上和細(xì)節(jié)上可以進(jìn)行多種改變，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠根據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求，對(duì)上述實(shí)施例中的各部件進(jìn)行合理的選擇和組合，以及在一定程度上進(jìn)行的細(xì)節(jié)和形式上的變化，其依然將落在本實(shí)用新型所要求保護(hù)和公開的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種高精度測(cè)溫儀，其包括:恒流源，所述恒流源用以提供穩(wěn)定的電流；參考電阻，所述參考電阻具有高的阻值穩(wěn)定性；溫度傳感器，所述溫度傳感器對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)；其特征在于:所述恒流源與所述參考電阻和/或溫度傳感器進(jìn)行連接，通過測(cè)量參考電阻與溫度傳感器上的電壓獲得所述溫度傳感器的阻值。
2.如權(quán)利要求1所述的高精度測(cè)溫儀，其特征在于:進(jìn)一步包括放大器，所述放大器與所述參考電阻或溫度傳感器進(jìn)行連接。
3.如權(quán)利要求2所述的高精度測(cè)溫儀，其特征在于:進(jìn)一步包括轉(zhuǎn)換器，所述轉(zhuǎn)換器與放大器連接。
4.如權(quán)利要求3所述的高精度測(cè)溫儀，其特征在于:進(jìn)一步包括微控單元，所述微控單元與所述轉(zhuǎn)換器進(jìn)行連接。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的高精度測(cè)溫儀，其特征在于:所述測(cè)溫儀還具有操控面板，所述操控面板上設(shè)置有顯示屏。
6.如權(quán)利要求5所述的高精度測(cè)溫儀，其特征在于:在操控面板上還設(shè)置有至少一個(gè)操作按鈕。
【文檔編號(hào)】G01K7/21GK203385494SQ201320420902
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月16日
【發(fā)明者】邱萍, 孫毅 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院