溫差檢測儀及檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種溫差檢測儀及檢測方法，包括檢測電橋、信號放大模塊、采樣保持模塊、模-數轉換模塊、運算及邏輯控制模塊、人機接口模塊、通訊模塊；所述檢測電橋輸出端與信號放大模塊輸入端連接，信號放大模塊輸出端與采樣保持模塊輸入端連接，采樣保持模塊輸出端、模-數轉換模塊、運算及邏輯控制模塊依次連接，所述運算及邏輯控制模塊分別與人機接口模塊、通訊模塊連接，同時運算及邏輯控制模塊分別與檢測電橋、信號放大模塊、采樣保持模塊連接；可以同時用于大溫差和微小溫差測量，能夠手動或自動切換量程；易于校驗；可以同時檢測被測點溫度。
【專利說明】溫差檢測儀及檢測方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及監(jiān)測設備【技術領域】，特別涉及一種高精度的用于寬量程測量的溫差檢測儀及檢測方法。
【背景技術】
[0002]溫差測量是檢測兩個不同被測點之間的溫度的偏差情況。常用的溫差測量一般采用二種方式，方式一是采用兩個獨立的溫度傳感器分別檢測兩個被測點的溫度，計算兩個溫度的差值作為溫差數據；方式二是采用兩只同一分度的熱電偶傳感器串聯(lián)，每支熱電偶傳感器檢測一個溫度點，根據兩只串聯(lián)熱電偶傳感器輸出的電勢計算溫差數據。兩種測量方式均存在溫差測量準確度不高的問題，方式一是因溫度檢測準確度較低，經計算后的溫差數據準確度更差；方式二是因熱電偶傳感器本身檢測準確度不高、線性差等，造成測得的溫差數據準確度差。因此以上兩種方式用于溫差較大的應用場合效果較好，但在溫差較小的應用場合誤差較大或不能測量。
[0003]常用的溫度檢測方法有接觸式測量和非接觸式測量兩種方式，其中接觸式測量的精度最高。在接觸式測量中常用熱電阻、熱電偶、熱敏電阻等3種類型傳感器。其中，熱電阻一般用于高精度、中低溫測量領域，熱電偶一般用于高溫測量領域，熱敏電阻一般用于低精度的測量領域。熱電阻的測量準確度最高、線性度最好。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的就是為解決現(xiàn)有技術存在的上述問題，提供一種溫差檢測儀；溫差測量精度高，可以同時用于大溫差和微小溫差測量，能夠手動或自動切換量程；易于校驗、可以同時檢測被測點溫度。
[0005]本發(fā)明還提供溫差檢測儀的檢測方法。
[0006]本發(fā)明解決技術問題的技術方案為:
[0007]—種溫差檢測儀，包括檢測電橋、信號放大模塊、采樣保持模塊、模-數轉換模塊、運算及邏輯控制模塊、人機接口模塊、通訊模塊；所述檢測電橋輸出端與信號放大模塊輸入端連接，信號放大模塊輸出端與采樣保持模塊輸入端連接，采樣保持模塊輸出端、模-數轉換模塊、運算及邏輯控制模塊依次連接，所述運算及邏輯控制模塊分別與人機接口模塊、通訊模塊連接，同時運算及邏輯控制模塊分別與檢測電橋、信號放大模塊、采樣保持模塊連接。
[0008]所述運算及邏輯控制模塊用于:a.根據需要控制檢測電橋、信號放大模塊、采樣保持模塊各自的工作狀態(tài)；b.采集模-數轉換模塊的結果數據，并計算兩個被測點的溫度和溫差數據控制人機接口模塊顯示信息，接收人機接口模塊的輸入數據或指令，并按指令要求工作；d.控制通訊模塊與外部設備進行通訊，發(fā)送數據，獲取指令，并按并按指令要求工作；
[0009]所述信號放大模塊用于對檢測電橋的輸出信號U進行放大；[0010]所述采樣保持模塊用于對信號放大模塊輸出信號V進行采樣和保持；
[0011]所述模-數轉換模塊包括AD轉換元件及輔助電路，完成對信號的模-數轉換。
[0012]所述檢測電橋包括分壓電阻1、分壓電阻I1、工作模式模擬開關、熱電阻傳感器RtA、熱電阻傳感器RtB、參比電阻III;其中電阻分壓電阻1、分壓電阻II的一端分別與電源輸入端E連接，分壓電阻I另一端通過工作模式模擬開關K分別與參比電阻II1、熱電阻傳感器RtA連接，同時分壓電阻1、工作模式模擬開關K分別與輸出端的一端連接，分壓電阻II的另一端、及熱電阻傳感器RtB —端分別與輸出端另一端連接，參比電阻II1、熱電阻傳感器RtA、熱電阻傳感器RtB另一端接地，所述熱電阻傳感器RtA、熱電阻傳感器RtB分別與兩個被測點連接、并與被測介質接觸，拾取被測點溫度信號。所述檢測電橋可以根據工作模式模擬開關K I的狀態(tài)構成兩種檢測量電橋。
[0013]所述信號放大模塊包括放大器、放大倍率調整電阻、放大倍率選擇模擬開關，其中放大倍率調整電阻Rx —端與放大倍率選擇模擬開關連接，放大倍率調整電阻Rx另一端與放大器的反饋電阻輸入端連接，放大倍率選擇模擬開關另一端與放大器輸出端連接。放大倍率選擇模擬開關處于不同開關狀態(tài)可以改變放大倍率調整電阻Rx的電阻值，調整放大器的放大倍數。所述信號放大模塊根據放大倍率選擇模擬開關所選擇倍率對檢測電橋的輸出信號進行放大。
[0014]利用溫差檢測儀進行檢測的方法，包括如下步驟:
[0015]a.將標準電阻箱代替熱電阻傳感器RtA接入相應輸入端，并將溫差檢測儀設置在量程校準狀態(tài)；
[0016]b.通過人機接口模塊輸入要校準的溫度值，并根據顯示的電阻設置標準電阻箱，溫差檢測儀自動檢測并記錄不同倍率狀態(tài)下相應的AD轉換數據；
[0017]c.按照溫度自0°C重復進行b步驟操作多次，每次溫度值等值遞增，至850°C結束量程校準；
[0018]d.將溫差檢測儀設置在零點校準狀態(tài)，將熱電阻傳感器RtAlO和熱電阻傳感器RtB接入相應輸入端，并將兩熱電阻傳感器放入冰水混合物中并保持一段時間，溫差檢測儀自動檢測和記錄溫度檢測模式下、不同倍率狀態(tài)下、相應的0°C時AD轉換數據作為溫度檢測零點值，并自動檢測和記錄溫差檢測模式下、不同倍率狀態(tài)下、相應的AD轉換數據作為溫差檢測零點值，并提示退出零點校準；
[0019]e.通過人機接口模塊6確認檢測過程結束并保存所有參數，校準過程結束。
[0020]本發(fā)明的有益效果:
[0021]1.本發(fā)明可以精確測量兩個被測點的溫差，并可同時檢測或計算兩個被測點的溫
度，溫差測量精度高；
[0022]2.本發(fā)明可以手動或自動設置儀器的量程，以確保儀器工作在最佳工作狀態(tài)，滿足寬量程的要求，解決了現(xiàn)有技術存在的相關問題；
[0023]3.可以同時用于大溫差和微小溫差測量，能夠手動或自動切換量程；易于校驗；
[0024]4.操作簡便，可以同時檢測被測點溫度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為溫差檢測儀結構示意圖；[0026]其中，I檢測電橋，2信號放大模塊，3采樣保持模塊，4模-數轉換模塊，5運算及邏輯控制模塊，6人機接口模塊，7通訊模塊，8分壓電阻I，9工作模式模擬開關Kl，10熱電阻傳感器RtA，11熱電阻傳感器RtB，12參比電阻III，13放大器，14放大倍率調整電阻，15放大倍率選擇模擬開關K2，16限流電阻，17采樣模擬開關K3，18保持電容，19放大器，20分壓電阻II。
【具體實施方式】
[0027]為了更好地理解本發(fā)明，下面結合附圖來詳細解釋本發(fā)明的實施方式。
[0028]如圖1所示，一種溫差檢測儀，主要包括檢測電橋1、信號放大模塊2、采樣保持模塊3、模-數轉換模塊4、運算及邏輯控制模塊5、人機接口模塊6、通訊模塊7 ;所述檢測電橋I輸出端與信號放大模塊2輸入端連接，信號放大模塊2輸出端與采樣保持模塊3輸入端連接，采樣保持模塊3輸出端、模-數轉換模塊4、運算及邏輯控制模塊5依次連接，所述運算及邏輯控制模塊5分別與人機接口模塊6、通訊模塊7連接，同時運算及邏輯控制模塊5分別與檢測電橋1、信號放大模塊2、采樣保持模塊3連接；
[0029]所述運算及邏輯控制模塊5用于:a.根據需要控制檢測電橋1、信號放大模塊2、采樣保持模塊3各自的工作狀態(tài);b.采集模-數轉換模塊4的結果數據，并計算兩個被測點的溫度和溫差數據；c.控制人機接口模塊6顯示信息，接收人機接口模塊6的輸入數據或指令，并按指令要求工作；d.控制通訊模塊7與外部設備進行通訊，發(fā)送數據，獲取指令，并按并按指令要求工作；
[0030]所述信號放大模塊2用于對檢測電橋I的輸出信號U進行放大；
[0031]所述采樣保持模塊3用于對信號放大模塊2輸出信號V進行采樣和保持；
[0032]所述模-數轉換模塊4包括AD轉換元件及輔助電路，完成對信號的模-數轉換。
[0033]所述檢測電橋I包括分壓電阻I 8、分壓電阻II 20、工作模式模擬開關K19、熱電阻傳感器RtAlO、熱電阻傳感器RtBll、參比電阻III12 ;其中分壓電阻I 8、分壓電阻II 20的一端分別與電源輸入端E連接，分壓電阻I 8另一端通過工作模式模擬開關K19分別與參比電阻III 12、熱電阻傳感器RtAlO連接，分壓電阻I 8、工作模式模擬開關K19同時分別與輸出端的一端連接，分壓電阻II 20的另一端、及熱電阻傳感器RtBll —端分別與輸出端另一端連接，參比電阻III12、熱電阻傳感器RtAlO、熱電阻傳感器RtBll另一端接地，所述熱電阻傳感器RtAlO、熱電阻傳感器RtBll分別與兩個被測點連接，并與被測介質接觸，拾取被測點溫度信號?？梢郧袚Q電橋為溫度檢測電橋或溫差檢測電橋。所述檢測電橋I可以根據工作模式模擬開關K 19的狀態(tài)構成兩種檢測量電橋:
[0034]a.若工作模式模擬開關K19中與熱電阻傳感器RtBll直接連接的開關閉合，另一開關斷開，檢測電橋等效為由分壓電阻I 8、熱電阻傳感器RtAlO、熱電阻傳感器RtBll構成的溫度檢測電橋，當熱電阻傳感器RtAlO與熱電阻傳感器RtBll阻值不等時，電橋輸出U代表當前兩個被測點溫度差，用于兩個被測點的溫差；
[0035]b.若工作模式模擬開關K19中與參與電阻III12直接連接的開關閉合，另一開關斷開，檢測電橋等效為由分壓電阻I 8、熱電阻傳感器RtAlO、參比電阻III 12構成的溫度檢測電橋，當熱電阻傳感器RtAlO與參比電阻III12阻值不等時，電橋輸出U代表當前溫度變化，用于檢測第一被測點的溫度。[0036]所述溫差檢測儀，可以檢測兩個被測點的溫差，也可以檢測其中一個點的溫度，并計算出另一個點的溫度。
[0037]所述信號放大模塊2包括放大器13、放大倍率調整電阻Rxl4、放大倍率選擇模擬開關K215，其中放大倍率調整電阻Rx 14 —端與放大倍率選擇模擬開關K215連接，放大倍率調整電阻Rxl4另一端與放大器的反饋電阻輸入端連接，放大倍率選擇模擬開關K215另一端與放大器輸出端連接。放大倍率選擇模擬開關K215處于不同開關狀態(tài)可以改變放大倍率調整電阻Rxl4的電阻值，調整放大器13的放大倍數。所述信號放大模塊2用于對檢測電橋I的輸出信號U進行放大。
[0038]所述采樣保持模塊3包括限流電阻16、采樣模擬開關K317、保持電容18、放大器19。其中，限流電阻16、采樣模擬開關K317、放大器19的一個輸入端依次連接，保持電容18一端與放大器19的該輸入端連接、另一端接地；所述采樣保持模塊3用于對放大器輸出信號V進行采樣和保持，采樣模擬開關17閉合時，放大器輸出信號V通過限流電阻16對保持電容18進行充電，采集模擬開關17斷開時，停止充電，保持電容18處于保持狀態(tài)，放大器19將電容電壓信號等值輸出給模-數轉換模塊4。
[0039]所述運算及邏輯控制模塊5是溫差檢測儀的關鍵部件，主要完成對以下工作:
[0040]a.根據需要控制工作模式模擬開關K19、放大倍率選擇模擬開關K215、采樣模擬開關K317的閉合和斷開狀態(tài)；
[0041]b.采集模-數轉換模塊4的結果數據，并計算兩個被測點的溫度和溫差數據；
[0042]c.控制人機接口模塊6顯示信息，接收人機接口模塊6的輸入數據或指令，并按指令要求工作；
[0043]d.控制通訊模塊7與外部設備進行通訊，發(fā)送數據，獲取指令，并按并按指令要求工作；
[0044]利用溫差檢測儀進行檢測的方法，包括如下步驟:
[0045]a.將標準電阻箱代替熱電阻傳感器RtAlO接入相應輸入端，并將溫差檢測儀設置在量程校準狀態(tài)；
[0046]b.通過人機接口模塊6輸入要校準的溫度值，并根據顯示的電阻設置標準電阻箱，溫差檢測儀自動檢測并記錄不同倍率狀態(tài)下相應的AD轉換數據；
[0047]c.按照溫度自0°C重復進行b步驟操作多次，每次溫度值等值遞增，至850°C結束量程校準；
[0048]d.將溫差檢測儀設置在零點校準狀態(tài)，將熱電阻傳感器RtAlO和熱電阻傳感器RtBll接入相應輸入端，并將兩熱電阻傳感器放入冰水混合物中并保持一段時間，溫差檢測儀自動檢測和記錄溫度檢測模式下、不同倍率狀態(tài)下、相應的0°C時AD轉換數據作為溫度檢測零點值，并自動檢測和記錄溫差檢測模式下、不同倍率狀態(tài)下相應的AD轉換數據作為溫差檢測零點值，并提示退出零點校準；
[0049]e.通過人機接口模塊6確認檢測過程結束并保存所有參數，校準過程結束。所述溫差檢測儀工作方式為:
[0050]a.若工作模式開關設置為溫度檢測模式，檢測電橋為溫度檢測電橋，檢測第一被測點的溫度；
[0051 ] b.若工作模式開關設置為溫差檢測模式，檢測電橋為溫差檢測電橋，檢測兩個被測點的溫差；
[0052]c.根據第一被測點溫度和兩個被測點的溫差通過計算法計算出第二被測點溫度；
[0053]d.根據儀器溫度量程和溫差量程參數的設置情況，儀表可以工作于固定量程和自動量程兩種模式下。
[0054]f.自動量程模式下，儀器根據當前檢測數據確定工作量程，若當前檢測數據少于工作量程的一定比率，則工作量程擴大一級，若當前檢測數據大于工作量程的一定比率，則工作量程縮小一級。
[0055]上述校準過程可以按周期進行或在儀表失準的情況下進行，可以根據需要進行全部校準或部分校準。
[0056]上述雖然結合附圖對發(fā)明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，在本發(fā)明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內。
【權利要求】
1.一種溫差檢測儀，其特征是，包括檢測電橋、信號放大模塊、采樣保持模塊、模-數轉換模塊、運算及邏輯控制模塊、人機接口模塊、通訊模塊；所述檢測電橋輸出端與信號放大模塊輸入端連接，信號放大模塊輸出端與采樣保持模塊輸入端連接，采樣保持模塊輸出端、模-數轉換模塊、運算及邏輯控制模塊依次連接，所述運算及邏輯控制模塊分別與人機接口模塊、通訊模塊連接，同時運算及邏輯控制模塊分別與檢測電橋、信號放大模塊、采樣保持模塊連接； 所述信號放大模塊用于對檢測電橋的輸出信號U進行放大； 所述采樣保持模塊用于對信號放大模塊輸出信號V進行采樣和保持； 所述模-數轉換模塊包括AD轉換元件及輔助電路，完成對信號的模-數轉換； 所述運算及邏輯控制模塊用于:a.根據需要控制檢測電橋、信號放大模塊、采樣保持模塊各自的工作狀態(tài)；b.采集模-數轉換模塊的結果數據，并計算兩個被測點的溫度和溫差數據；c.控制人機接口模塊顯示信息，接收人機接口模塊的輸入數據或指令，并按指令要求工作；d.控制通訊模塊與外部設備進行通訊，發(fā)送數據，獲取指令，并按并按指令要求工作。
2.如權利要求1所述的溫差檢測儀，其特征是，所述檢測電橋包括分壓電阻1、分壓電阻I1、工作模式?！M開關、熱電阻傳感器RtA、熱電阻傳感器RtB、參比電阻III;其中電阻分壓電阻1、分壓電阻II的一端分別與電源輸入端E連接，分壓電阻I另一端通過工作模式模擬開關K分別與參比電阻II1、熱電阻傳感器RtA連接，同時分壓電阻1、工作模式模擬開關K分別與輸出端的一端連接，分壓電阻II的另一端、及熱電阻傳感器RtB—端分別與輸出端另一端連接，參比電阻II1、熱電阻傳感器RtA、熱電阻傳感器RtB另一端接地，所述熱電阻傳感器RtA、熱電阻傳感器RtB分別與兩個被測點連接、并與被測介質接觸，拾取被測點溫度信號。
3.如權利要求2所述的溫差檢測儀，其特征是，所述檢測電橋可以根據工作模式模擬開關K I的狀態(tài)構成兩種檢測電橋。
4.如權利要求1所述的溫差檢測儀，其特征是，所述信號放大模塊包括放大器、放大倍率調整電阻、放大倍率選擇模擬開關，其中放大倍率調整電阻Rx —端與放大倍率選擇模擬開關連接，放大倍率調整電阻Rx另一端與放大器的反饋電阻輸入端連接，放大倍率選擇模擬開關另一端與放大器輸出端連接。放大倍率選擇模擬開關處于不同開關狀態(tài)可以改變放大倍率調整電阻Rx的電阻值，調整放大器的放大倍數。
5.如權利要求4所述的溫差檢測儀，其特征是，所述信號放大模塊根據放大倍率選擇模擬開關所選擇倍率對檢測電橋的輸出信號進行放大。
6.利用權利要求2至5任意一項所述的溫差檢測儀進行檢測的方法，其特征是，包括如下步驟: a.將標準電阻箱代替熱電阻傳感器RtA接入相應輸入端，并將溫差檢測儀設置在量程校準狀態(tài)； b.通過人機接口模塊輸入要校準的溫度值，并根據顯示的電阻設置標準電阻箱，溫差檢測儀自動檢測并記錄不同倍率狀態(tài)下相應的AD轉換數據； c.按照溫度自0°C重復進行b步驟操作多次，每次溫度值等值遞增，至850°C結束量程校準；d.將溫差檢測儀設置在零點校準狀態(tài)，將熱電阻傳感器RtA和熱電阻傳感器RtB接入相應輸入端，并將兩熱電阻傳感器放入冰水混合物中并保持一段時間，溫差檢測儀自動檢測和記錄溫度檢測模式下、不同倍率狀態(tài)下、相應的0°C時AD轉換數據作為溫度檢測零點值，并自動檢測和記錄溫差檢測模式下、不同倍率狀態(tài)下、相應的AD轉換數據作為溫差檢測零點值，并提示退出零點校準； e.通過人機接口模塊確認檢 測過程結束并保存所有參數，校準過程結束。
【文檔編號】G01K3/14GK103439018SQ201310401493
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月5日 優(yōu)先權日:2013年9月5日
【發(fā)明者】王慶河, 彭公華, 李曉, 房英翠, 王兵, 戴興中, 王慶山 申請人:濟鋼集團有限公司