專利名稱:測溫電阻箱的制作方法
測溫電阻箱屬儀器儀表產(chǎn)品，是校驗(yàn)以銅、鉑熱電阻作一次儀表的0.5級(jí)以下(包括0.5級(jí))的各種測溫儀表的標(biāo)準(zhǔn)儀器。適合現(xiàn)場和實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對動(dòng)圈指示儀表、自動(dòng)平衡電橋、各種控溫儀等的檢定和校驗(yàn)，也適合做氣動(dòng)、電動(dòng)單元儀表之溫度變送器的校驗(yàn)和定值。
目前校驗(yàn)以熱電阻作一次儀表的各種測溫儀表使用的標(biāo)準(zhǔn)儀器是普通電阻箱，校驗(yàn)時(shí)必須通過“溫度-電阻對照表”才能實(shí)現(xiàn)“標(biāo)準(zhǔn)”與“被測”的比對。另外，熱電阻每一溫度點(diǎn)對應(yīng)的電阻值為4或5位數(shù)值，每轉(zhuǎn)換一個(gè)溫度點(diǎn)一般要轉(zhuǎn)動(dòng)4或5個(gè)轉(zhuǎn)盤，動(dòng)作頻繁。
測溫電阻箱是一個(gè)非線性電阻箱，它能模擬現(xiàn)行銅、鉑熱電阻在各種溫度下的電阻值，(故又稱為熱電阻模擬器)其轉(zhuǎn)盤為溫度刻度、校驗(yàn)時(shí)勿需使用“溫度-電阻對照表”，轉(zhuǎn)換一個(gè)溫度點(diǎn)一般只需轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)轉(zhuǎn)盤。
本發(fā)明的目的就是為了改進(jìn)配用銅、鉑熱電阻的各種測溫儀表的檢定、校驗(yàn)方法，簡化操作過程、減少操作次數(shù)和人為差錯(cuò)。
本測溫電阻箱是在發(fā)明者本人建立的熱電阻等效電路理論的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出來的。該等效電路理論可歸納如下A、鉑熱電阻熱電方程的新的表達(dá)式鉑熱電阻在0～650℃的熱電方程式為Rt＝R0(1+At+Bt2)……①式中Rt-熱電阻在t℃時(shí)的電阻值。
R0-熱電阻在0℃時(shí)的電阻值。
A、B-常數(shù)。
設(shè)在Rt方程中有任意工作區(qū)間(t1t2)，在(t1t2)區(qū)間內(nèi)有工作點(diǎn)t，如附圖1所示。
用K表示t在區(qū)間(t1t2)中的位置，即K = (t-t1)/(t2-t1)則t＝t1+K(t2-t1)……②將②式代入①式(Rt)/(Ro) = 1+A〔t1+K(t2-t1)〕+B〔t1+K(t2-t1)〕2略去中間運(yùn)算過程得(Rt)/(Ro) = 1+At1+Bt12+K(t2-t1)〔A+2Bt1+B(t2-t1)〕-K(1-K)B(t2-t1)2……③設(shè)R01＝(1+At1+Bt21)R0……④RK＝(t2-t1)〔A+2Bt1+B(t2-t1)〕R0……⑤Rε＝-B(t2-t1)2R0……⑥則方程③可簡寫為Rt＝R01+KRK+K(1-K)Rε……⑦⑦式稱為鉑熱電阻的新的熱電方程。
Rt成為K的函數(shù)，在t1t2確定后R01、RK、Rε均為定值。
B、新熱電方程的等效電路附圖2的電路由一個(gè)滑線電阻RP和固定電阻Rn并聯(lián)組成。當(dāng)滑針接在RP上某點(diǎn)p時(shí)便構(gòu)成一個(gè)三角形網(wǎng)路，如附圖3所示。
設(shè)K＝ (RAC)/(RP) 則RAC＝KRP
RBC＝RP-KRP＝(7-K)RPRAB＝Rn將此三角形網(wǎng)路化為星形網(wǎng)路，如附圖4所示。
按定義有RA= (RAC·RAB)/(RAB+RBC+RAB) = K (RPRn)/(RP+RN)RB= (RBC·RAB)/(RAC+RBC+RAB) = (7-K) (RPRn)/(RP+Rn)RC= (RBC·RAC)/(RAC+RBC+RAE) = K(1-K) (RP2)/(RP+Rn)附圖5上的電路由附圖2電路加R0組成，AC間電阻R可以寫成R＝R0+RA+RC即R=RO+K (RPRn)/(RP+Rn) + K(1-K) (R2P)/(RP+Rn) ……⑧如果要用⑧式代替⑦式，只要R0＝R01……⑨(RPRn)/(RP+Rn) ＝RK……⑩(RP2)/(RP+Rn) ＝RC……(11)將⑩(11)聯(lián)立，解出RP和Rn，略去中間運(yùn)算過程，得
RP＝RK+Rε……(12)Rn= (RK)/(Rε) (RK+RG)……(13)將④⑤⑥式代入，略去中間運(yùn)算過程，得R0＝(1+At1+Bt21)R0……(14)RP＝(t2-t1)(A+2Bt1)R0……(15)Rn＝ 1/(-B) (A+2Bt1)〔A+2Bt1+B(t2-t1)〕R0……(16)利用(14)(15)(16)可求出鉑熱電阻在任何工作區(qū)間的等效電路。
上述公式在t1＝0時(shí)，則為R0＝R0RP＝At2R0Rn＝ (A)/(-B) (A+Bt2)R0上面推導(dǎo)出的鉑熱電阻的等效電路就是測溫電阻箱的理論電路。
本測溫電阻箱由于利用了上述“熱電阻等效電路理論”，所以它能模擬現(xiàn)行銅、鉑熱電阻在各種溫度下的阻值，故又稱為熱電阻模擬器。
附圖6是測溫電阻箱的原理電路。
為了使測溫電阻箱具有較高的精度，RP滑線電阻設(shè)計(jì)為十進(jìn)制步進(jìn)電阻箱。測溫電阻箱有四個(gè)溫度轉(zhuǎn)盤，即×100℃、×10℃、×1℃和×0.1℃。實(shí)際上該儀器相當(dāng)于由兩個(gè)普通四位電阻箱和兩個(gè)定值電阻復(fù)聯(lián)構(gòu)成的。圖中與Rn電阻串聯(lián)的四位電阻箱稱為副電阻箱;另一個(gè)稱為主電阻箱。主副電阻箱同位轉(zhuǎn)盤電刷同軸，當(dāng)主電阻箱阻值增加時(shí)副電阻箱阻值減少，但兩電阻箱總阻始終保持定值(等于RP)。與附圖5比較，主電阻箱相當(dāng)于滑線電阻RP滑針以下的部分，副電阻箱相當(dāng)于滑針以上的部分，C點(diǎn)相當(dāng)于滑針。
測溫電阻箱設(shè)計(jì)上采用t1＝0，即各轉(zhuǎn)盤為0時(shí)輸出阻值為熱電阻的零值電阻R0，因此R0＝R0……(17)Rn＝ (A)/(-B) (A+Bt2)R0……(18)RP＝At2R0……(19)RP是由四位十進(jìn)電阻箱組成，其各轉(zhuǎn)盤步進(jìn)阻值為×1盤 R3＝ (RP)/(t2) ＝AR0×10盤 R2＝10AR0×100盤 R1＝102AR0×0.1盤 R4＝10-1AR0利用附圖6及公式(17)(18)(19)就可以設(shè)計(jì)出各種實(shí)用規(guī)格的測溫電阻箱。
在校驗(yàn)測溫儀表時(shí)使用測溫電阻箱與使用普通電阻箱比較有四個(gè)明顯優(yōu)點(diǎn)其一，用測溫電阻箱做標(biāo)準(zhǔn)儀器因其具有直接溫度刻度，與被測儀表刻度一致，勿需使用“溫度-電阻對照表”換算。(相當(dāng)于儀器具有譯碼能力。)其二，用普通電阻箱每轉(zhuǎn)換一個(gè)測量點(diǎn)一般需要轉(zhuǎn)動(dòng)4或5個(gè)轉(zhuǎn)盤，而用測溫電阻箱一般只需轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)，可節(jié)省人力和時(shí)間。
其三，能直接求算被測儀表的允差和直接計(jì)算誤差，勿須通過電阻值換算。
其四，可減少操作和計(jì)算中的人為差錯(cuò)。
本發(fā)明目錄如下附圖1熱電阻溫度-電阻特性曲線。
附圖2新熱電方程等效電路的并聯(lián)支路。
附圖3并聯(lián)支路的等效三角形網(wǎng)絡(luò)。
附圖4并聯(lián)支路的等效星形網(wǎng)絡(luò)。
附圖5熱電阻等效電路。
附圖6測溫電阻箱原理電路。
附圖7BA1、RA2型測溫電阻箱原理圖。
附圖8G型測溫電阻箱原理圖。
附圖9BA1、BA2和G型測溫電阻箱外形圖。
附表儀器中各電阻元件精度表。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單容易實(shí)現(xiàn)。
目前國內(nèi)鉑、銅熱電阻有三種分度號(hào)，即BA1、BA2和G。附圖7給出了BA1、BA2型測溫電阻箱原理圖及電路參數(shù)(測量范圍0～611℃);附圖8給出了G型測溫電阻箱原理圖及電路參數(shù)(測量范圍0～150℃);附圖9給出了這三種儀器的外形圖。附表給出了這三種儀器的電阻元件精度。
各儀器轉(zhuǎn)盤下的電鑰開關(guān)采用一級(jí)電位差計(jì)之雙刀2×11點(diǎn)開關(guān)。
儀器的設(shè)計(jì)精度為0.05級(jí)。
本儀器的基本誤差以相對誤差計(jì)，即儀器的任一輸出值的絕對誤差與輸出標(biāo)稱值的比均不大于儀器的整機(jī)允許誤差(±0.05%)，因此使用本儀器的試驗(yàn)誤差約與使用0.02級(jí)普通電阻箱相仿。儀器所設(shè)計(jì)的元件精度已保證該指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.測溫電阻箱是一個(gè)具有特定用途的電阻箱，是校驗(yàn)以熱電阻作為一次儀表的各種測溫儀表的標(biāo)準(zhǔn)儀器。本發(fā)明的特征是本儀器能模擬銅、鉑熱電阻在各種溫度下的阻值，其轉(zhuǎn)盤為溫度刻度，其輸出為與溫度刻度相應(yīng)的電阻值，該儀器由兩個(gè)電阻箱和兩個(gè)定值電阻復(fù)聯(lián)構(gòu)成。
2.如權(quán)項(xiàng)1所述，該儀器由兩個(gè)四位十進(jìn)電阻箱為主要組件，兩電阻箱同位轉(zhuǎn)盤電刷同軸，當(dāng)一個(gè)電阻箱阻值增加時(shí)另一個(gè)電阻箱阻值減少，但兩電阻箱阻值之和始終保持為定值，從而使整機(jī)構(gòu)成非線性輸出。
3.按權(quán)項(xiàng)1、2所述，該儀器四個(gè)轉(zhuǎn)盤分別為×100℃、×10℃、×1℃和×0.1℃。
專利摘要
測溫電阻箱是一個(gè)非線性電阻箱，它能模擬現(xiàn)行銅、鉑熱電阻在各種溫度下的阻值，故又稱為熱電阻模擬器。
文檔編號(hào)G01R27/00GK85100333SQ85100333
公開日1986年7月9日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者付狄鵬 申請人:付狄鵬導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan