一種高精度測溫儀的制作方法
【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，所述溫度傳感器對溫度進(jìn)行檢測；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)用新型的高精度測溫儀測量范圍廣，測量精度高，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】ー種高精度測溫儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及ー種測溫儀，尤其是涉及ー種用于熱量表配對溫度傳感器的高精度數(shù)字測溫儀。
【背景技術(shù)】
[0002]熱量表是用于測量熱量交換系統(tǒng)所釋放熱量的儀表，通常用于測量在一個熱流回路中流體釋放熱量多少，是熱量計量的基礎(chǔ)。熱量表主要由流量傳感器、配對溫度傳感器和計算器等部分組成，熱量表的基本工作原理是:將配對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，配對溫度傳感器給出表示入口和出口的溫度信號，計算器則將流量的信號和溫度的信號收集起來，經(jīng)過計算，顯示出載熱液體從入口流至出口所釋放的熱量值。
[0003]熱量表配對溫度傳感器的溫差測量要求精度較高，為了適應(yīng)測量準(zhǔn)確性的要求，測溫儀的不確定度應(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)鉬電阻溫度計和高精度エ業(yè)鉬電阻溫度計，名義電阻值在(0-100) °C約為(25-35) Q和(100-139)Q?，F(xiàn)有的對配對溫度傳感器的溫度進(jìn)行測量的測溫儀多為測溫電橋，且價格很高；而常用的數(shù)字多用表的功能主要在電壓測量，電阻測量的精度并不高，通常的6位半和7位半數(shù)字表，無法滿足熱量表配對溫度傳感器溫差測量的準(zhǔn)確度要求。
[0004]目前，現(xiàn)有測溫設(shè)備的原理是給予被測部分ー個激勵電流，在施加激勵電流后，檢測被測部分因?yàn)橥ㄟ^激勵電流后產(chǎn)生的電勢差。再得到這個電勢差后，與基準(zhǔn)參考電壓做對比來獲取被測部分的電阻值，再通過計算得到溫度值。然而在此測量過程中會存在兩個方面的誤差:首先，由于需要與基準(zhǔn)參考電壓進(jìn)行比較，而基準(zhǔn)參考電壓隨著時間的延長會產(chǎn)生漂移，進(jìn)入影響所測得的電阻值的準(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，在常溫環(huán)境這種熱電勢對測量所帯來的誤差尚不大，但是隨著被測物體溫度與環(huán)境溫度差值的增加，熱電勢帶來的誤差則不可忽視，現(xiàn)有技術(shù)的測試方法沒有能消除熱電勢誤差，而且每次安裝傳感器時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)有的測溫裝備無法滿足熱量表配對溫度傳感器的高精度的檢測需要。
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溫儀，其能夠克服現(xiàn)有的測溫儀中存在的
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，所述溫度傳感器對溫度進(jìn)行檢測；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)置有至少一個操作按鈕。
[0013]本實(shí)用新型的高精度測溫儀測量范圍(O?300) Ω，可選擇不同測量單位CC或Ω)，滿足工業(yè)中常用溫區(qū)的要求；雙通道輸入，可以同時測量和顯示；內(nèi)置90國際溫標(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)輸入計算)算法以及多項(xiàng)式算法；可用于標(biāo)準(zhǔn)鉬電阻溫度計、工業(yè)鉬電阻溫度計以及特殊要求的電阻溫度計的測量；數(shù)字濾波技術(shù)使得在具備消除噪聲的同時，確保具有快速反應(yīng)能力；優(yōu)秀的積分非線性使得測試結(jié)果可靠；溫度波動的彩色曲線能讓用戶清晰了解所測溫度變化過程。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；自動檔位切換十分易于使用；全固態(tài)設(shè)計使數(shù)字測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示出高精度測溫儀的外觀結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2示出了高精度測溫儀的一個實(shí)施例的測溫電路示意圖；
[0016]圖3示出了高精度測溫儀的另一個實(shí)施例的測溫電路示意圖。
【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)，并不作為對具體結(jié)構(gòu)的限制。
[0018]本實(shí)用新型的高精度測溫儀，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)用新型的測溫電路的一個實(shí)施例，如圖2所示，所述測溫電路包括恒流源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)行測量時，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，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)，以對獲得的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，并獲得測量結(jié)果。
[0020]作為本實(shí)用新型的另ー個實(shí)施例，如圖3所示的測溫電路。所述測溫電路包括恒流源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進(jìn)行改變或根據(jù)電路控制進(jìn)行調(diào)整；在該測溫電路中，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)行測量時，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，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，以對獲得的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，并獲得測量結(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誤差，作為配對熱量表中溫度傳感器，在具體的測溫環(huán)境中，某一個時刻的熱電勢誤差是ー個固定方向的，通過對恒流源4中的激勵電流方向進(jìn)行改變，快速交換激勵電流的方向改變激勵電流產(chǎn)生電勢差的方向，但是此時熱電勢方向是不變的，通過這種手段能夠消除熱電勢帶來的誤差，并且，因?yàn)榭焖俳粨Q激勵電流方向，同時也能夠消除了系統(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)高精度的測溫要求，降低溫度測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。
[0023]本實(shí)用新型的測溫儀是通過比較被施加相等電流的兩個電阻之間的電壓來測量它們之間的電阻比。如圖2所示，顯示了該測量電路的基本部分。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)行測量，因?yàn)橐淮沃荒軠y量其中ー個電壓，必須使用模擬開關(guān)進(jìn)行切換。在測量時，通過連接第一連接線11和第二連接線14對參考電阻兩端的電壓進(jìn)行測量，連接第三連接線12和第四連接線13對溫度傳感器兩端的電壓進(jìn)行測量；對參考電阻5和溫度傳感器6的電壓分別測量兩次，在兩次測量中電流的方向相反。由于這兩個電壓測量值是恒定的，因此將它們相減就可以消除偏移電壓(包括由熱電動勢而產(chǎn)生的偏移電壓)。因此，一次電阻比測量需要四個電壓樣值。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)、熱電勢誤差和ADC的不準(zhǔn)確而造成的誤差。根據(jù)測量定時的方式，一個原始測量中可包含一個以上的原始比樣值。也可以使用數(shù)字濾波來降低測量中的噪聲。隨后，MCU通過將測量到的電阻比乘以參考電阻的已知電阻值來計算傳感器的電阻。使用內(nèi)置的轉(zhuǎn)換算法可以從電阻計算出溫度。最后，重新計算統(tǒng)計值，從而實(shí)現(xiàn)對溫度傳感器電阻值的準(zhǔn)確測量。
[0024]典型電阻測量儀器的準(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)字測溫儀的設(shè)計可消除對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量過程中，儀器均要對其自身進(jìn)行重新校準(zhǔn)。激勵電流、放大器偏置電流、放大器偏移電壓、放大器增益、ADC偏移和ADC量程均不會對測量造成影響。儀器測量電阻的準(zhǔn)確度只受一個部件(即參考電阻)的漂移的影響。高精度數(shù)字測溫儀中內(nèi)置的3個電阻為高質(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)用新型的測溫儀的測量范圍(O?300) Ω，可選擇不同測量單位(°C或Ω)，滿足工業(yè)中常用溫區(qū)的要求；采用雙通道輸入，可以同時測量和顯示；內(nèi)置1990國際溫標(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)輸入計算)算法以及多項(xiàng)式算法；可用于標(biāo)準(zhǔn)鉬電阻溫度計、工業(yè)鉬電阻溫度計以及特殊要求的電阻溫度計的測量；數(shù)字濾波技術(shù)使得在具備消除噪聲的同時，具有快速反應(yīng)能力；優(yōu)秀的積分非線性使得測試結(jié)果可靠；溫度波動的彩色曲線能讓用戶清晰了解所測溫度變化過程。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；自動檔位切換更為易于使用；全固態(tài)設(shè)計使其得數(shù)字測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├?，只不過是為了理解本實(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)計要求，對上述實(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，所述溫度傳感器對溫度進(jìn)行檢測；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)所述的高精度測溫儀，其特征在于:所述測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所述的高精度測溫儀，其特征在于:在操控面板上還設(shè)置有至少一個操作按鈕。
【文檔編號】G01K7/21GK203385494SQ201320420902
【公開日】2014年1月8日 申請日期: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 申請人:中國計量科學(xué)研究院