專利名稱：供暖系統(tǒng)溫差測量儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種供暖系統(tǒng)溫差測量儀，屬于溫度測量器具技術領域。
背景技術：
熱電偶測溫基于熱電效應——塞貝克效應，任何兩種不同的金屬 或半導體材料， 一端焊接后，只要兩端存在溫差，電路中就會產生與溫差大小有關的熱電勢,但是熱電勢信號非常微弱，約為0. 02-0. 06mV/ "C，因此需要靈敏的放大電路，才能滿足顯示轉換的要求。因此對于溫 度變化范圍不大的場合，通常采用熱電阻測溫，工業(yè)上最常用的有50 Q的銅電阻Cu50和100或1000 Q的鉑電阻Ptl00/Pt1000，目前發(fā)達 國家也大多采用兩根Pt1000熱電阻分別測量進出口水溫，計算得出溫 差。工業(yè)用的銅電阻和鉑電阻往往體積較大，家庭管道中安裝不便， 傳熱誤差也大，作為千家萬戶的計量裝置，成本和精度是首先要考慮 的。為了縮小體積，國外多采用厚膜技術制造Ptl000熱電阻，由于膜 材料與塊體材料相比(用塊狀金屬如銅錠切削加工或拉絲得到的線材 性質仍然和金屬塊相同，而真空鍍膜材料疏松，電特性不穩(wěn)定)，前者熱電特性分散且有老化現(xiàn)象，Ptiooo配對精度難以長期維持在o. rc。采用非接觸式測溫技術，如紅外輻射溫度計用于家用供暖系統(tǒng)既 不準確也容易受到人為故意破壞，不便采用。 發(fā)明內容本發(fā)明的目的是提供一種供暖系統(tǒng)溫差測量儀，針對家庭管道中 不便安裝銅電阻和鉑電阻，膜材料熱電特性分散且有老化現(xiàn)象等不足， 實現(xiàn)有利于家庭供暖系統(tǒng)管道使用。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的， 一種供暖系統(tǒng)溫差測量儀，其特征在于所述測量儀由雙頭熱電偶和信號調理電路構成，雙頭熱電偶冷端的兩個接線柱相互靠近并隔離后接信號調理電路中的溫差電勢放大電路的信號輸入端。所述雙頭熱電偶為擁有兩個測量端的一根銅一康銅熱電偶。 所述雙頭熱電偶采用兩片氟塑料薄膜塑封兩根金屬絲。 所述雙頭熱電偶為雙絞線，線路較長時采用屏蔽線。所述信號調理電路由穩(wěn)壓電源電路、溫差電勢放大電路、A/D轉換 電路、單片機運算電路和顯示電路組成；溫差電勢放大電路的輸出接 接A/D轉換電路，A/D轉換電路將電壓信號轉換為數(shù)字信號傳遞給單 片機運算電路，單片機運算電路的溫差信號輸出接顯示電路。本發(fā)明在充分考慮了供熱系統(tǒng)溫差測量的具體特點，無需精確測 量參考端也就是冷端溫度，只要保證冷端溫度相同即可，主要特點是 由雙頭熱電偶和信號調理電路組成，具體做法是把雙頭熱電偶的兩個 接線柱適當延伸，密封在一起(由于銅康銅屬于廉價熱電偶，延伸所 用的材料還是銅康銅，無需采用其他材料，除了插在熱水中的很短一 部分，其余部分都可看作延伸段)，保證絕緣和溫度相同。工作時雙頭 熱電偶的兩測量端采用密封安裝座分別插入用戶供暖管進出端，兩個 接線端應盡量靠近并相互絕緣包裹在絕熱材料中，保證兩。端溫度相同， 雙頭熱電偶感受進出口溫差后，在熱電偶兩端形成微小的電壓差，溫 差電勢放大電路將該信號進行放大和顯示，并可與流量測量傳感器獲 得的流量數(shù)據(jù)相乘得出用戶得到的供熱量。雙頭熱電偶采用廉價通用 的熱電偶材料銅一康銅制作，其成本低廉，僅相當于Ptl000配對熱電 偶成本的1/5，也可用于其它相近領域的溫差測量。
圖1為本發(fā)明與供暖管道連接的總體結構框圖；圖中，l進水管，2出水管，3雙頭熱電偶，A溫差電勢放大電路 BA/D轉換電路，C單片機運算電路，D顯示電路，E穩(wěn)壓電源電路。
具體實施方式
結合附圖和實施例進一步說明本發(fā)明，如圖1所示，本發(fā)明由雙 頭熱電偶和信號調理電路構成，由于采用一根雙頭熱電偶代替通常測 量溫差所采用的兩根熱電偶，從而避免了由于兩根熱電偶熱電特性可能存在的細微的差異帶來的誤差，用兩根熱電偶很難保證o. rc的配對精度。與目前市場上的熱電阻式供暖溫差傳感器相比，差別如下(1) 熱電偶與熱電阻相比測量端體積非常小，只要測量端焊接點被 加熱到介質溫度即可，因而反應靈敏，由于節(jié)點很小，傳感器向外傳 熱改變被測溫度場引起的傳熱誤差極小。相比而言熱電阻體積較大， 整體被加熱到介質溫度的時間較長，尺寸越大，傳熱誤差越大。(2) 熱電偶與熱電阻相比制作非常簡便，由于被測水溫不超過110 。C，不需要不銹鋼套管等耐熱、耐腐蝕結構，只要用兩片氟塑料薄膜 對兩根金屬絲進行塑封即可，成本極其低廉，適合千家萬戶推廣。(3) 按照常規(guī)思維，水溫變化范圍較小，不同于工業(yè)爐上千度的工 作溫度，因此水溫測量宜采用熱電阻傳感器，因為熱電阻傳感器輸出 信號大，對于溫度不高的場合，比熱電偶靈敏度高，因而測溫精確。 眾所周知溫度變化范圍較小時熱電偶輸出信號小，不易準確測量。但 是對于供暖系統(tǒng)這個特例，水溫一定大多在0-10(TC之間。需要測量 的僅僅是用戶進出水管水溫溫差，而普通的Cu50或PtlOO熱電阻體積 過大，不適合家庭安裝，目前采用的厚膜熱敏電阻技術生產的熱電阻 或熱敏電阻分散性過大，尤其在進出口溫差極小的情況下，配對精度 達不到要求。事實上在有些集中供暖系統(tǒng)中，進出某個單用戶的水溫變化低達o. rc，熱電阻的配對精度很難達到o. rc，原因就在于熱敏
電阻材料成分波動較大，阻值分散，而銅電阻和鉬電阻體積過大，傳熱誤差大，也很難達到o. rc的配對精度。本發(fā)明中的熱電偶采用純 金屬和成分固定的合金材料制作，熱電特性穩(wěn)定，配對精度容易保證。(4) 雙頭熱電偶的兩頭分別插入該用戶暖水管道的出入端口 ，熱電 偶的冷端延長后焊接到電路板上。關鍵技術就在于，水溫溫差測量時， 熱電偶冷端溫度不需要保持恒定，只要兩根接線柱溫度相等就行。保持 冷端溫度恒定是困難的，而保持兩個冷端節(jié)點溫度相等是比較容易的， 冷節(jié)點采用絕熱材料如棉花覆蓋，以保證冷節(jié)點內溫度均勻一致。本系 統(tǒng)也不需要采用溫度補償電路來使冷端溫度相當于恒溫。由于不采用貴 金屬熱電偶材料，成本低廉，不需要補償導線，直接把熱電偶材料延長 到所需長度即可，為了減小電磁干擾應制成雙絞線，帶有絕緣皮的銅線 和康銅線雙絞在一起，只有插入熱水中的部分采用四氟乙烯保護，線路 較長時采用屏蔽線。(5) 為了保證熱電偶熱電特性參數(shù)一致，采用鹽水焊接，避免普通焊料或焊接工藝不穩(wěn)定使熱結點變質，造成熱電特性分散。信號調理電路由溫差電勢放大電路A， A/P轉換電路B，單片機運 算電路C和顯示電路D以及穩(wěn)壓電源電路E組成；溫差電勢放大電路 A的輸出端提供與溫差相對應的電壓變化，滿足A/D轉換電路B轉換 的需要，需要1000倍左右的放大倍數(shù)，可采用三級放大，均采用0P07 運算放大器，每級放大10倍。然后將放大后的電壓信號傳遞給A/D轉 換電路C， A/D轉換電路C采用串行接口的MCP3202，將電壓信號轉換 為數(shù)字信號傳遞給單片機運算電路C，單片機運算電路C選用20個引 腳的小尺寸單片機AT89C2051，可減少布線數(shù)量，縮小電路板面積； 單片機向顯示器件數(shù)碼管或筆段式液晶輸出顯示數(shù)據(jù)。本發(fā)明中，溫差電勢放大電路A、 A/D轉換電路B、單片機運算電 路C、顯示電路D和穩(wěn)壓電源電路E可采用現(xiàn)有成熟電路。
權利要求
1、一種供暖系統(tǒng)溫差測量儀，其特征在于所述測量儀由雙頭熱電偶和信號調理電路構成，雙頭熱電偶冷端的兩個接線柱相互靠近并隔離后接信號調理電路中的溫差電勢放大電路的信號輸入端。
2、 根據(jù)權利要求1所述的供暖系統(tǒng)溫差測量儀，其特征在于所 述雙頭熱電偶為擁有兩個測量端的一根銅一康銅熱電偶。
3、 根據(jù)權利要求1或2所述的供暖系統(tǒng)溫差測量儀，其特征在 于所述雙頭熱電偶采用兩片氟塑料薄膜塑封兩根金屬絲。
4、 根據(jù)權利要求1或2所述的供暖系統(tǒng)溫差測量儀，其特征在 于雙頭熱電偶為雙絞線，線路較長時采用屏蔽線。
5、 根據(jù)權利要求1或2所述的供暖系統(tǒng)溫差測量儀，其特征在 于雙頭熱電偶采用鹽水焊接。
6、 根據(jù)權利要求1所述的供暖系統(tǒng)溫差測量儀，其特征在于所 述信號調理電路由穩(wěn)壓電源電路、溫差電勢放大電路、A/D轉換電路、 單片機運算電路和顯示電路組成；溫差電勢放大電路的輸出接接A/D 轉換電路，A/D轉換電路將電壓信號轉換為數(shù)字信號傳遞給單片機運 算電路，單片機運算電路的溫差信號輸出接顯示電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種供暖系統(tǒng)溫差測量儀，屬于溫度測量器具技術領域，本發(fā)明主要特點是由雙頭熱電偶和信號調理電路組成，把雙頭熱電偶的兩個接線柱密封在一起，保證絕緣和溫度相同，工作時雙頭熱電偶的兩測量端采用密封安裝座分別插入用戶供暖管進出端，兩個接線端靠近并相互絕緣包裹在絕熱材料中，保證兩端溫度相同，雙頭熱電偶感受進出口溫差后，在熱電偶兩端形成微小的電壓差，溫差電勢放大電路將該信號進行放大和顯示，并可與流量測量傳感器獲得的流量數(shù)據(jù)相乘得出用戶得到的供熱量，雙頭熱電偶采用廉價通用的熱電偶材料銅-康銅制作，其成本低廉，僅相當于Pt1000配對熱電偶成本的1/5。也可用于其它相近領域的溫差測量。
文檔編號G01K7/02GK101158606SQ200710135560
公開日2008年4月9日 申請日期2007年11月16日 優(yōu)先權日2007年11月16日
發(fā)明者王昌龍, 健 陳 申請人:揚州大學