專利名稱：不平衡/平衡電橋測溫方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電橋測溫方法及其裝置，尤其涉及一種測溫方法及實(shí)現(xiàn)該方法的利用不平衡/平衡/不平衡三個測量步驟進(jìn)行測量的多量程高精度測量裝置。
眾所周知，現(xiàn)有技術(shù)中通常采用

圖1所示的惠斯通電橋測溫儀。其中RT為測溫頭電阻；R10、R30為可調(diào)電阻器；R20為已知電阻，G為電流計(jì)；E為電源；K為開關(guān)。該電路電流方向如圖中箭頭所示。由圖中可知，a、b兩點(diǎn)的電勢差為Vab＝I1R10＋(I1＋I(xiàn)G)RT＝IaR20＋I(xiàn)GRG＋(I1＋I(xiàn)G)RT＝IaR20＋(Ia－IG)R20，因此IG=12Vab-I1RT12R20+RG+Rr…(1)]]>上式中，RG為電流計(jì)G的內(nèi)阻。測溫頭RT通常采用熱敏電阻構(gòu)成，其阻值與溫度呈如下函數(shù)關(guān)系RT(T)＝RTreβ〔1/T)－(1/Tr)〕…(2)其中RT是溫度T(K)時的電阻值；RTr是溫度為Tr(K)時的電阻值；Tr是參考溫度B是熱敏電阻的材料常數(shù)圖1中，當(dāng)R10＝RT1時，電橋平衡，IG＝0，電流計(jì)讀數(shù)為0，即由R10決定了電流計(jì)上溫度量程的下限值，IG等于電流計(jì)最大量程，即當(dāng)IG＝Imax時，電流計(jì)所示刻度為測溫量程的上限值Tmax，這時IG=Imax=12Vab-I1RTmax12R20+RG+RTmax……(3)]]>而Vab＝V－I2R30……(4)其中V為電源E的端電壓值。由等式(3)、(4)可得到，Iamx一定時，由R30確定了Vab，從而確定了RTmax，即決定了溫度量程的上限值Tmax?，F(xiàn)有技術(shù)中，通常通過同步調(diào)換R10與R30來改變測溫時的量程，廠家出售測溫儀時一般同時配套提供幾組電阻器以便用戶進(jìn)行調(diào)換。而用戶進(jìn)行測溫時一般采用下述兩種方法之一(1)調(diào)節(jié)R10使電橋平衡，由可調(diào)電阻器R10上所標(biāo)的刻度得到所測溫度值；(2)在電橋不平衡的狀態(tài)下由電流計(jì)上的讀數(shù)直接得到所測溫度值。顯然使用這兩種方法進(jìn)行測量時，量程的多少受到廠家所提供的電阻器數(shù)量所限，精度則受到電阻器及溫度顯示儀例如圖1中電流計(jì)現(xiàn)有的制作工藝所限，難以根據(jù)用戶需要提供大量量程及高精度的測量。
本發(fā)明的目的在于提供一種多量程且可根據(jù)用戶需要選擇測量精度的電橋測溫方法及其裝置。
本發(fā)明是通過以下構(gòu)思來實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明所述的電橋測溫方法包括下述三個步驟(1)在電橋不平衡狀態(tài)下由測溫儀直接讀出初步測溫值(t1)；(2)調(diào)節(jié)電橋平衡，由可調(diào)精密電阻器讀出較精確測溫值(t2)；(3)調(diào)節(jié)可調(diào)精密電阻器，使之與平衡狀態(tài)時所對應(yīng)的刻度間相差一最小的標(biāo)定刻度，此時電橋不平衡，根據(jù)所選擇的量程對測溫儀的讀數(shù)進(jìn)行刻度放大，從而得出精確測溫值(t3)。
本發(fā)明所述的實(shí)施上述方法的裝置包括由惠斯通電橋構(gòu)成的測溫電路，其中，所述電橋中位于橋臂上的一可調(diào)電阻器及與電源相串聯(lián)的另一可調(diào)電阻器分別為可精密調(diào)節(jié)的第一和第二可調(diào)精密電阻器，所述電橋測溫電路中還包括提供了量程、電流計(jì)讀數(shù)與實(shí)際測量值間的對應(yīng)關(guān)系的附件。
本發(fā)明所述的方法也可通過具有另一種結(jié)構(gòu)的裝置來實(shí)現(xiàn)。它由惠斯通電橋構(gòu)成，其中，所述裝置還包括雙向開關(guān)、運(yùn)算放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、液晶顯示裝置及同步旋轉(zhuǎn)開關(guān)，所述惠斯通電橋的兩個橋臂由可調(diào)精密電阻器構(gòu)成，電橋的輸出電壓經(jīng)由雙向開關(guān)、運(yùn)算放大器及A/D轉(zhuǎn)換器輸入液晶顯示器。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)是明顯的。它通過所述三步測量方法及其裝置，利用調(diào)節(jié)可調(diào)精密電阻器來選擇所需量程，并通過對測溫儀的顯示刻度進(jìn)行放大達(dá)到了提高測量精度的目的。
以下將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施例。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)電橋測溫儀的一種電路圖；圖2是本發(fā)明的電橋測溫儀的一個實(shí)施例的電路圖；圖3是本發(fā)明的電橋測溫儀的另一實(shí)施例的電路圖。
圖2示出了采用本發(fā)明電橋測溫方法進(jìn)行測量的電橋測溫裝置的一個較佳實(shí)施例。其中Ra、Rb為可調(diào)精密電阻器，所述電阻器可采用較粗的電阻絲均勻繞制而成，并在轉(zhuǎn)盤上標(biāo)出阻值及與各阻值相對應(yīng)的溫度值，作為一種替換，也可以采用可精密調(diào)節(jié)的電阻箱構(gòu)成；R1、R2、R3、R4為已知阻值的電阻器；G為電流計(jì)，它可以是指針式電流計(jì)，也可以是數(shù)字顯示式電流計(jì)。圖中K3為開關(guān)，K3打開時，由二極管D和電阻器R5構(gòu)成的反向保護(hù)電路對電流計(jì)G進(jìn)行反向電流保護(hù)；K2為雙向開關(guān)，將它分別置于1、2位置時，可使電路中流過相反方向的電流；E為電源；K1為電源開關(guān)。本發(fā)明中，電流計(jì)G的指針可向左、右兩個方向偏轉(zhuǎn)，相應(yīng)地，當(dāng)開關(guān)K2在1、2點(diǎn)間切換時，電流計(jì)G中流過呈相反方向的電流，與現(xiàn)有技術(shù)中指針僅可單向偏轉(zhuǎn)的電橋測溫儀相比，這種結(jié)構(gòu)增大了量程。
下面將對上述實(shí)施例中用于測溫的電流計(jì)和可調(diào)精密電阻器Ra、Rb的定標(biāo)方法進(jìn)行描述。首先，將測溫頭置于恒溫槽中，由標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)讀出其準(zhǔn)確的溫度T1。調(diào)節(jié)Ra使電橋平衡，在可調(diào)精密電阻器Ra的轉(zhuǎn)盤上標(biāo)出此時的電阻值及其所對應(yīng)的溫度值，調(diào)節(jié)溫度使其有微小變化ΔT，在電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)后所指處標(biāo)上其溫度值。重復(fù)上述過程建立量程T1→T2期間各點(diǎn)溫度與Ra及電流計(jì)所標(biāo)刻度間的一一對應(yīng)關(guān)系。一般可根據(jù)用戶的需要采用上述方法建立幾組不同量程的對應(yīng)關(guān)系。其次，當(dāng)測溫頭所處溫度為T1時，調(diào)節(jié)Ra＝RT1，便電橋平衡，此時RA阻值所對應(yīng)的溫度T1為量程下限值，改變恒溫槽溫度至T2，調(diào)節(jié)可調(diào)精密電阻器R6使電流計(jì)指針滿偏，此時T2為量程上限值，在Rb上標(biāo)出其對應(yīng)的電阻值，且在恒溫槽溫度由T1變化至T2期間逐點(diǎn)記錄實(shí)際溫度與電流計(jì)上刻度間的一一對應(yīng)關(guān)系，在Ra、Rb已確定的情況下，可將其制成電流計(jì)刻度—實(shí)際溫度的關(guān)系曲線，也可以將其制成一一對應(yīng)的關(guān)系表格以便于對照。分別改變Ra、Rb的阻值以改變測量時的量程，從而以上述方法得到各種量程下電流計(jì)刻度與實(shí)際溫度值間的對應(yīng)關(guān)系。
下文將對根據(jù)本發(fā)明的方法、使用上述實(shí)施例的裝置進(jìn)行測溫時的具體步驟進(jìn)行描述。本發(fā)明的測溫方法包括以下三步驟(1)調(diào)節(jié)可調(diào)精密電阻器Ra至粗略估計(jì)的被測溫度值，將測溫頭置于被測環(huán)境，由電流計(jì)讀出初步測溫值t1；(2)調(diào)節(jié)Ra至t1，細(xì)調(diào)Ra使電橋平衡，此時電流計(jì)G指針指向零，合上K3，再細(xì)調(diào)Ra至電流計(jì)讀數(shù)為零，由Ra讀數(shù)得到較精確測溫值t2，由于Ra為可精密調(diào)節(jié)的電阻，t2的測量精度高于t1；(3)調(diào)節(jié)Ra至對應(yīng)于t2＋Δt的刻度，其中Δt為對應(yīng)于Ra上所標(biāo)的最小單位刻度的溫度變化量，即，將Ra調(diào)節(jié)至與對應(yīng)于t2的刻度間相差一個最小標(biāo)定刻度的刻度t2＋Δt上，此時t2’為測量量程的下限值，且電橋不平衡，電流計(jì)G指針偏離零值，根據(jù)所需的測量精度對照電流計(jì)所附量程與Ra、Rb間的對應(yīng)關(guān)系選出所需的量程上限值，將Rb調(diào)節(jié)至對應(yīng)于該上限值的阻值，讀出此時電流計(jì)的讀數(shù)，并根據(jù)電流計(jì)所附的關(guān)系曲線或關(guān)系表格，在上述所選量程下得到電流計(jì)讀數(shù)所對應(yīng)的實(shí)際溫度值，從而得到了精確測溫值t3。
在使用本發(fā)明的方法及其裝置進(jìn)行測量時，用戶還可根據(jù)自己的特殊要求，采用前文所述的定標(biāo)方法在關(guān)系曲線或關(guān)系表格中增加其特殊需要的量程及讀數(shù)。
作為采用本發(fā)明測溫方法進(jìn)行測量的測溫裝置的的另一較佳實(shí)施例，圖3示出了電橋測溫裝置的另一種電路圖。參見圖3，1為液晶顯示器；2為A/D轉(zhuǎn)換器，它可采用例如7106集成電路構(gòu)成；3為運(yùn)算放大器，它可采用例如ICL7650集成電路芯片構(gòu)成；4為雙向開關(guān)，通過切換開關(guān)4可連接/斷開運(yùn)算放大器3；5為6×11同步旋轉(zhuǎn)開關(guān)，它由六組開關(guān)組成，每一組開關(guān)有11個觸點(diǎn)，其中一組11檔開關(guān)5a上連接有R01-R011共11個電阻器，由此構(gòu)成可調(diào)精密電阻器5a；6為場效應(yīng)管，它起穩(wěn)流作用，7為測溫頭，8為可調(diào)電阻器。為了便于進(jìn)行說明，圖3中所述同步旋轉(zhuǎn)開關(guān)5接在第三檔。在R01-R011上標(biāo)有不同的溫度段的數(shù)值，測量時可根據(jù)所需量程選用不同的溫度段，總量程可從例如4K至880K。測溫頭7可采用由PN結(jié)構(gòu)成的半導(dǎo)體測溫頭，對應(yīng)于上述不同的量程采用不同的測溫頭7，因而共有11個測溫頭?？烧{(diào)電阻器8的作用是校正數(shù)字顯示器1的讀數(shù)，同樣地，對應(yīng)于不同的量程段采用不同的電阻器8，因而共有11個可調(diào)電阻器8。使用時，若如圖3中所示將同步旋轉(zhuǎn)開關(guān)5接到第三檔，可調(diào)精密電阻器5a、6×11開關(guān)的其它五組開關(guān)均接在第三檔，這時相對應(yīng)地接入了可調(diào)電阻器8中的R33及測溫頭7中的PN3，且可調(diào)精密電阻器Rox接在第三檔電阻器R03上，則由R01-R03、R03-R11、PN3及電阻器R2共同構(gòu)成了惠斯通電橋的四個橋臂，電橋輸出電壓經(jīng)運(yùn)算放大器3和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器2輸入溫度顯示器1的輸入端口IN-和IN+，由液晶顯示器1對所測溫度進(jìn)行顯示。圖3中為簡便起見，略去了另10個可調(diào)電阻器8和另10個測溫頭7。
制造該測溫儀時，首先對可調(diào)精密電阻器5a標(biāo)刻度，其步驟是將測溫頭置于恒溫槽中，調(diào)節(jié)5a上的Rox使數(shù)字顯示器顯示為零；此時電橋平衡，在R01-R011上標(biāo)出此時恒溫槽所處的溫度。顯然可根據(jù)用戶的需要在5a上精密地標(biāo)出溫度量程內(nèi)的各點(diǎn)溫度值；接著對可調(diào)電阻器8進(jìn)行定位，其步驟是(1)調(diào)節(jié)恒溫槽溫度至T1，切換雙向開關(guān)4斷開運(yùn)算放大器2，將測溫頭7放入恒溫槽，調(diào)節(jié)Rox至T1的刻度，此時電橋平衡，數(shù)字顯示器顯示為零，調(diào)節(jié)恒溫槽溫度至T2，電橋不平衡，調(diào)節(jié)可調(diào)電阻器R8使數(shù)字顯示器顯示為T2-T1，在電阻器8上標(biāo)上溫度范圍“T1——T2”；(2)切換雙向開關(guān)4以接入運(yùn)算放大器2，作為舉例，本實(shí)施例中運(yùn)算放大器3的放大系數(shù)為10，則將數(shù)字顯示器顯示器的小數(shù)點(diǎn)向左移動一位，這可以方便地采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的方法來實(shí)現(xiàn)，因而這里不對此進(jìn)行敘述。調(diào)節(jié)恒溫槽溫度至T1，放入測溫頭，調(diào)節(jié)Rox至T1刻度，電橋平衡，數(shù)字顯示器顯示為零，調(diào)節(jié)恒溫槽溫度至TI＋(T2－T1)/10，電橋不平衡，調(diào)節(jié)可調(diào)電阻器8使數(shù)字顯示器顯示為(T2－T1)/10，并在電阻器8上標(biāo)上“T1——T1＋(T2－T1)/10”的溫度范圍。顯然，使用上述方法對R01-R11及可調(diào)電阻器8標(biāo)刻度時，應(yīng)對應(yīng)于不同的溫度采用不同的測溫頭7和電阻器8來進(jìn)行。
下面將對本實(shí)施例的測溫步驟進(jìn)行描述。其步驟如下(1)切換雙向開關(guān)4斷開運(yùn)算放大器2，將測溫頭放入所測環(huán)境中，此時電橋不平衡，由液晶顯示器1上讀出初步測溫值t1；(2)調(diào)節(jié)Rox至t1刻度附近，此時同步旋轉(zhuǎn)開關(guān)5同時選出了適配的測溫頭及可調(diào)電阻器8，調(diào)節(jié)電阻器8至T1-T2一檔，放入測溫頭，調(diào)節(jié)Rox至t1刻度附近，使數(shù)字顯示器顯示為零，此時電橋平衡，由于制造時對5a上的電阻器精密地標(biāo)出了各點(diǎn)溫度，因而可由Rox上所標(biāo)溫度讀出較精確測溫值t2；(3)切換雙向開關(guān)4接入運(yùn)算放大器2，同時采用已有技術(shù)將數(shù)字顯示器顯示位的小數(shù)點(diǎn)向左移動一位，調(diào)節(jié)電阻器8至T1——T1＋(T2－T1)/10一檔，放入測溫頭，調(diào)節(jié)Rox至與t2相差一最小標(biāo)定刻度的溫度刻度值t2’，此時電橋不平衡，由于接入了運(yùn)算放大器3，使電橋的輸出電壓放大10倍后再接入數(shù)字顯示器，而數(shù)字顯示器的顯示數(shù)值已縮小了10倍，因而，對液晶顯示器的顯示刻度進(jìn)行放大，將Rox上的讀數(shù)加上液晶顯示器此時的顯示數(shù)即得到了實(shí)際測得的精確測溫值t3。在本實(shí)施例中，對應(yīng)于不同的溫度段采用適用于各相應(yīng)溫度段的半導(dǎo)體測溫頭，從而確保了測量的準(zhǔn)確率，作為一種替換，同樣也可采用測溫范圍較大的熱電偶作為測溫頭。
以上對本發(fā)明的電橋測溫方法及其裝置進(jìn)行了描述，可以理解，基于上文的描述，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)易對本發(fā)明的方法及其裝置進(jìn)行變換及修改，但這些變化均應(yīng)認(rèn)為包括在本發(fā)明權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電橋測溫方法，其特征在于，包括以下步驟在電橋不平衡狀態(tài)下由測溫儀直接讀出初步測溫值(t1)；調(diào)節(jié)電橋平衡，由可調(diào)精密電阻器讀出較精確測溫值(t2)；調(diào)節(jié)可調(diào)精密電阻器，使之與平衡狀態(tài)時所對應(yīng)的刻度間相差一最小的標(biāo)定刻度，此時電橋不平衡，根據(jù)所選擇的量程對測溫儀的讀數(shù)進(jìn)行刻度放大，從而得出精確測溫值(t3)。
2.一種用來實(shí)施上述電橋測溫方法的電橋測溫儀，包括電惠斯通電橋構(gòu)成的測溫電路，其特征在于，所述電橋測溫電路中位于橋臂上的一可調(diào)電阻器及與電源相串聯(lián)的另一可調(diào)電阻器分別為可精密調(diào)節(jié)的第一和第二可調(diào)精密電阻器，所述電橋測溫儀還包括提供了量程、電流計(jì)讀數(shù)與實(shí)際測量值間的對應(yīng)關(guān)系的附件。
3.如權(quán)利要求2所述的電橋測溫儀，其特征在于，反映所述對應(yīng)關(guān)系的所述附件為關(guān)系曲線。
4.如權(quán)利要求2所述的電橋測溫儀，其特征在于，反映所述對應(yīng)關(guān)系的所述附件為關(guān)系表格。
5.如權(quán)利要求2或3或4所述的電橋測溫儀，其特征在于，還包括與所述電流計(jì)串聯(lián)的、由二極管及電阻串聯(lián)支路構(gòu)成的反向保護(hù)電路。
6.如權(quán)利要求5所述的電橋測溫儀，其特征在于，所述電流計(jì)為指針可向左、右兩個方向偏轉(zhuǎn)的電流計(jì)。
7.一種用如權(quán)利要求1的方法進(jìn)行測量的電橋測溫儀，它由惠斯通電橋構(gòu)成，其特征在于，所述裝置還包括雙向開關(guān)、運(yùn)算放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、液晶顯示裝置及同步旋轉(zhuǎn)開關(guān)，所述惠斯通電橋的兩個橋臂由可調(diào)精密電阻器構(gòu)成，電橋的輸出電壓經(jīng)由雙向開關(guān)、運(yùn)算放大器及A/D轉(zhuǎn)換器輸入液晶顯示器。
全文摘要
一種電橋測溫方法及其裝置，通過不平衡/平衡/不平衡三步測量的方法達(dá)到多量程、高精度的測量要求。
文檔編號G01K7/16GK1143183SQ9411848
公開日1997年2月19日 申請日期1994年11月30日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月30日
發(fā)明者何銓 申請人:何銓