專利名稱：截距式溫差測試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過程中用于測量溫度的儀器，特別是用于化工產(chǎn)品聯(lián)堿生產(chǎn)行業(yè)中碳酸鈉生產(chǎn)工藝所用外冷器的溫差測量。
背景技術(shù)：
工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，溫度是最重要的參數(shù)之一，它的高低及穩(wěn)定狀況直接影響生產(chǎn)過程和產(chǎn)品質(zhì)量。特別是化工產(chǎn)品聯(lián)堿生產(chǎn)行業(yè)中碳酸鈉生產(chǎn)工藝所用外冷器的溫差測量，溫度對(duì)生產(chǎn)的影響非常大。根據(jù)制堿工藝要求，從現(xiàn)場操作經(jīng)驗(yàn)和被冷卻母液的特性來看，母液在外冷器內(nèi)進(jìn)行一次冷卻，溫度的下降以0.5℃為宜。如果母液的進(jìn)出口溫度差低于0.5℃，則表明沒有達(dá)到冷卻的效果，需要在后面的操作工藝中多加幾個(gè)同樣的冷卻裝置，加大了設(shè)備的投資；而如果冷卻后，溫差超過0.5℃，則表明環(huán)管內(nèi)溶液的溫度驟然下降，這樣該母液會(huì)凝固、結(jié)疤，一些固狀物就會(huì)凝固在套管的內(nèi)壁，堵塞管道，損壞設(shè)備，同時(shí)也大大地降低了冷卻效果。因此精確測量環(huán)管進(jìn)出口溶液的溫度差是指導(dǎo)該生產(chǎn)工藝的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。，外冷器溫度的測量必須達(dá)到至少0.2℃(甚至0.1℃)的精度要求，由于精度要求較高，該部分溫度的測量和控制在業(yè)內(nèi)都沒能得到很好的解決。目前，市面上雖有很多高精度的溫度測量儀表或測量裝置，不管是模擬式還是數(shù)字式，都存在一定的誤差范圍。例如，對(duì)于測量范圍在150℃的0.1級(jí)的高精度測溫儀表來講，它的測量誤差為±0.15℃，若外冷器出入口各安裝一個(gè)測溫儀測量溫差的大小，則可能產(chǎn)生的最大誤差為0.3℃，這還不包括引線所帶來的誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述缺點(diǎn)而提供測量精度高的截距式溫差測試儀，本發(fā)明設(shè)計(jì)巧妙，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖如附圖所示，包括有檢測電路(1)、濾波電路(2)、中央處理單元(3)、鍵盤顯示電路(4)、存儲(chǔ)器(5)，其中檢測電路(1)的輸出端與濾波電路(2)的輸入端連接，濾波電路(2)的輸出端與中央處理單元(3)的輸入端連接，中央處理單元(3)的輸出端與溫度測控儀器連接。
上述檢測電路(1)包括有前端信號(hào)采集電路(11)、信號(hào)比較、放大電路(12)，其中前端信號(hào)采集電路(11)包括有外冷器入口處的熱敏電阻RPT1、外冷器出口處的熱敏電阻RPT2、對(duì)應(yīng)截距電壓的整定電阻Rs、三個(gè)三端恒流源器件LM334-1、LM334-2、LM334-3、三個(gè)可方便調(diào)節(jié)恒流源LM334的輸出電流Iset的可調(diào)電阻R1、R5、R11，信號(hào)比較、放大電路(12)為截距式測溫電路，該截距式測溫電路為運(yùn)算放大器P1、P2，其中三個(gè)恒流源LM334共用電壓源Vcc，三個(gè)恒流源LM334的輸出端分別通過熱敏電阻RPT1、熱敏電阻RPT2、整定電阻Rs接地，且恒流源LM334-1的輸出端通過二極管D1及電阻R3與運(yùn)算放大器P1的正輸入端連接，恒流源LM334-2的輸出端通過二極管D2及電阻R7與運(yùn)算放大器P1、P2的負(fù)輸入端連接，恒流源LM334-3的輸出端通過二極管D3及電阻R13與運(yùn)算放大器P2的正輸入端連接，運(yùn)算放大器P1、P2的負(fù)輸入端均通過電阻R9、R10與輸出端連接。
上述中央處理單元(3)還連接有鍵盤顯示電路(4)及存儲(chǔ)器(5)。
上述中央處理單元(3)為16位單片機(jī)80C196KC，存儲(chǔ)器(5)為兩個(gè)片外擴(kuò)展存儲(chǔ)芯片PSD302和AT24C02，鍵盤顯示電路(4)為LCD顯示電路。
本發(fā)明檢測電路中的信號(hào)比較、放大電路由于采用了截距式電路，其基本實(shí)現(xiàn)思想實(shí)質(zhì)上就是利用減法電路將輸入的不變部分減去，以擴(kuò)大變化部分的放大比例，這樣就能保證高精度的溫度測量，采用截距式電路的靈敏度比采用一般放大電路的靈敏度高。本發(fā)明是一種測量精度高，設(shè)計(jì)巧妙，方便實(shí)用的截距式溫差測試儀。


圖1為本發(fā)明的原理框圖；圖2為本發(fā)明檢測電路(1)的電路原理圖；圖3為本發(fā)明的電路原理圖；圖4為本發(fā)明檢測電路(1)中信號(hào)比較、放大電路(12)的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1本發(fā)明的原理框圖如圖1所示，包括有檢測電路(1)、濾波電路(2)、中央處理單元(3)、鍵盤顯示電路(4)、存儲(chǔ)器(5)，其中檢測電路(1)的輸出端與濾波電路(2)的輸入端連接，濾波電路(2)的輸出端與中央處理單元(3)的輸入端連接，中央處理單元(3)的輸出端與溫度測控儀器連接。
上述檢測電路(1)包括有前端信號(hào)采集電路(11)、信號(hào)比較、放大電路(12)，其中前端信號(hào)采集電路(11)包括有外冷器入口處的熱敏電阻RPT1、外冷器出口處的熱敏電阻RPT2、對(duì)應(yīng)截距電壓的整定電阻Rs、三個(gè)三端恒流源器件LM334-1、LM334-2、LM334-3、三個(gè)可方便調(diào)節(jié)恒流源LM334的輸出電流Iset的可調(diào)電阻R1、R5、R11，信號(hào)比較、放大電路(12)為截距式測溫電路，該截距式測溫電路為運(yùn)算放大器P1、P2，其中三個(gè)恒流源LM334共用電壓源Vcc，三個(gè)恒流源LM334的輸出端分別通過熱敏電阻RPT1、熱敏電阻RPT2、整定電阻Rs接地，且恒流源LM334-1的輸出端通過二極管D1及電阻R3與運(yùn)算放大器P1的正輸入端連接，恒流源LM334-2的輸出端通過二極管D2及電阻R7與運(yùn)算放大器P1、P2的負(fù)輸入端連接，恒流源LM334-3的輸出端通過二極管D3及電阻R13與運(yùn)算放大器P2的正輸入端連接，運(yùn)算放大器P1、P2的負(fù)輸入端均通過電阻R9、R10與輸出端連接。本實(shí)施例中，電阻R9、R10的阻值相同，如圖2所示。
本實(shí)施例中，信號(hào)比較、放大電路(12)實(shí)際為截距式電路，其基本實(shí)現(xiàn)思想實(shí)質(zhì)上就是利用減法電路將輸入的不變部分減去，以擴(kuò)大變化部分的放大比例，這樣就能保證高精度的溫度測量。采用截距式電路的靈敏度比采用一般放大電路的靈敏度高1、2個(gè)單位。其原理如圖4所示，Ui表示在某一溫度下熱敏電阻所對(duì)應(yīng)的輸入電壓；Us代表溫度不變部分所對(duì)應(yīng)的電壓，即為所對(duì)應(yīng)的截距；U0則表示放大環(huán)節(jié)的輸出電壓；U即為減去截距后應(yīng)放大部分所對(duì)應(yīng)的電壓。當(dāng)溫度的波動(dòng)不是很大時(shí)，U占Ui的份額很小，而Us基本上反映的是與環(huán)境溫度相對(duì)應(yīng)的一個(gè)值。減法電路將固定不變部分(即截距Us)減去后，就可對(duì)可變部分進(jìn)行充分放大，從而大大提高測量精度。
根據(jù)加減法運(yùn)算電路運(yùn)算公式有(Ui-Us)R2/R1＝Uo實(shí)際電路中采用電流源在電阻上的壓降代替電壓源Us，這樣可通過改變可變電阻值實(shí)現(xiàn)無級(jí)截距電壓整定。
前端信號(hào)采集電路(11)中的三個(gè)恒流源器件共用一個(gè)電壓源(Vcc)，它們的公共地與后面連接的運(yùn)算放大器的地也是相連的，它解決了由于不共地所產(chǎn)生的電位浮動(dòng)飄移現(xiàn)象，從而也消除了自激振蕩，為后續(xù)的單片機(jī)數(shù)字采集系統(tǒng)的穩(wěn)定采集提供了有力保證，也大大減輕了模擬濾波和數(shù)字濾波的負(fù)擔(dān)。
鉑電阻RPT1、RPT2是對(duì)應(yīng)的兩路溫度，它們上面的電壓Upt1和Upt2的變化反映了電阻的變化(也就反映了溫度的變化)。Upt1和Upt2對(duì)應(yīng)于圖4中的Ui，對(duì)應(yīng)的計(jì)算公式就是(Upt1-Us)R2/R1＝ΔU01，(Upt2-Us)R2/R1＝ΔU02要保證電路的精確性，RPT1、RPT2和Rs應(yīng)遠(yuǎn)小于R1，這樣就不致因?yàn)榉至髯饔脤?duì)測量精度產(chǎn)生很大的影響。保證測量精度的另一個(gè)注意點(diǎn)是，在使用之前，一定要先將流過RPT1和RPT2中的電流調(diào)得一致，否則無法保證精度，這也是共地系統(tǒng)所增加的前期調(diào)試工作。將輸出電壓U01和U02分別接到各自的低通濾波器中，再將濾波器的輸出信號(hào)送到A/D輸入端，也就完成了信號(hào)采集任務(wù)。
本實(shí)施例中，運(yùn)算放大器P1、P2為OPA627芯片，濾波電路(2)采用MAX7403為濾波芯片。輸入信號(hào)經(jīng)比較、放大和硬件濾波等環(huán)節(jié)后，由MCU的A/D通道進(jìn)行采樣。處理后的結(jié)果除了送LCD顯示外，另外系統(tǒng)還提供4～20mA的電流輸出信號(hào)。
上述中央處理單元(3)還連接有存儲(chǔ)器(5)。本實(shí)施例中，上述中央處理單元(3)為16位單片機(jī)80C196KC，存儲(chǔ)器(5)為兩個(gè)片外擴(kuò)展存儲(chǔ)芯片PSD302和AT24C02，其中可編程外圍邏輯器件PSD302作為系統(tǒng)的主存儲(chǔ)器，還集成ROM、RAM和邏輯譯碼電路等功能，同時(shí)完成地址信號(hào)的鎖存和邏輯譯碼，該芯片的使用大大簡化了硬件電路的設(shè)計(jì)，節(jié)約了電路板的空間，同時(shí)也使系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到了顯著的增強(qiáng)。AT24C02是二線制串行E2PROM芯片，用以存入對(duì)應(yīng)的溫度-阻值的對(duì)應(yīng)關(guān)系。如圖3所示。
上述中央處理單元(3)還連接有鍵盤顯示電路(4)，鍵盤顯示電路(4)為LCD顯示電路，具有LCD顯示、和標(biāo)準(zhǔn)電流輸出功能，通過辨識(shí)的手段對(duì)系統(tǒng)部分參數(shù)進(jìn)行在線修改，能承受系統(tǒng)工作環(huán)境較大的變化系統(tǒng)對(duì)輸入的采樣；溫度測量顯示精度可達(dá)0.1℃；出口溫度測量范圍為4～15℃，溫差的測量范圍為0～1.4℃；采用兩級(jí)硬件濾波和一級(jí)軟件濾波，確保了顯示的穩(wěn)定性和精度，能適應(yīng)不同的工作現(xiàn)場。
本發(fā)明使用時(shí)，通過鉑電阻將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的電量信號(hào)(信號(hào)采集部分)，然后通過信號(hào)比較放大，再經(jīng)過濾波環(huán)節(jié)，由MCS80C196/KC的A/D通道進(jìn)行采樣，處理后的結(jié)果除了送LCD顯示外，另外系統(tǒng)還提供4～20mA的電流輸出信號(hào)，驅(qū)動(dòng)溫度測控儀器，本實(shí)施例中，溫度測控儀器為DDZIII型等相關(guān)儀表。
權(quán)利要求
1.一種截距式溫差測試儀，其特征在于包括有檢測電路(1)、濾波電路(2)、中央處理單元(3)、鍵盤顯示電路(4)、存儲(chǔ)器(5)，其中檢測電路(1)的輸出端與濾波電路(2)的輸入端連接，濾波電路(2)的輸出端與中央處理單元(3)的輸入端連接，中央處理單元(3)的輸出端與溫度測控儀器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的截距式溫差測試儀，其特征在于上述檢測電路(1)包括有前端信號(hào)采集電路(11)、信號(hào)比較、放大電路(12)，其中前端信號(hào)采集電路(11)包括有外冷器入口處的熱敏電阻RPT1、外冷器出口處的熱敏電阻RPT2、對(duì)應(yīng)截距電壓的整定電阻Rs、三個(gè)三端恒流源器件LM334-1、LM334-2、LM334-3、三個(gè)可方便調(diào)節(jié)恒流源LM334的輸出電流Iset的可調(diào)電阻R1、R5、R11，信號(hào)比較、放大電路(12)為截距式測溫電路，該截距式測溫電路為運(yùn)算放大器P1、P2，其中三個(gè)恒流源LM334共用電壓源Vcc，三個(gè)恒流源LM334的輸出端分別通過熱敏電阻RPT1、熱敏電阻RPT2、整定電阻Rs接地，且恒流源LM334-1的輸出端通過二極管D1及電阻R3與運(yùn)算放大器P1的正輸入端連接，恒流源LM334-2的輸出端通過二極管D2及電阻R7與運(yùn)算放大器P1、P2的負(fù)輸入端連接，恒流源LM334-3的輸出端通過二極管D3及電阻R13與運(yùn)算放大器P2的正輸入端連接，運(yùn)算放大器P1、P2的負(fù)輸入端均通過電阻R9、R10與輸出端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的截距式溫差測試儀，其特征在于上述中央處理單元(3)還連接有鍵盤顯示電路(4)及存儲(chǔ)器(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的截距式溫差測試儀，其特征在于上述中央處理單元(3)為16位單片機(jī)80C196KC，存儲(chǔ)器(5)為兩個(gè)片外擴(kuò)展存儲(chǔ)芯片PSD302和AT24C02，鍵盤顯示電路(4)為LCD顯示電路。
全文摘要
本發(fā)明是一種在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過程中用于測量溫度的儀器。包括有檢測電路(1)、濾波電路(2)、中央處理單元(3)、鍵盤顯示電路(4)、存儲(chǔ)器(5)，其中檢測電路(1)的輸出端與濾波電路(2)的輸入端連接，濾波電路(2)的輸出端與中央處理單元(3)的輸入端連接，中央處理單元(3)的輸出端與溫度測控儀器連接。檢測電路(1)包括有前端信號(hào)采集電路(11)、信號(hào)比較、放大電路(12)。本發(fā)明檢測電路中的信號(hào)比較、放大電路由于采用了截距式電路，其基本實(shí)現(xiàn)思想實(shí)質(zhì)上就是利用減法電路將輸入的不變部分減去，以擴(kuò)大變化部分的放大比例，這樣就能保證高精度的溫度測量，其靈敏度比采用一般放大電路的靈敏度高。本發(fā)明是一種測量精度高，設(shè)計(jì)巧妙，方便實(shí)用的截距式溫差測試儀。
文檔編號(hào)G01K1/00GK1786679SQ20041007725
公開日2006年6月14日 申請日期2004年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月10日
發(fā)明者程漢湘, 鄂飛 申請人:廣東工業(yè)大學(xué)