專利名稱：不平衡/平衡電橋測溫方法及其裝置的制作方法
技術領域：
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現(xiàn)該方法的利用不平衡/平衡/不平衡三個測量步驟進行測量的多量程高精度測量裝置。
眾所周知，現(xiàn)有技術中通常采用
圖1所示的惠斯通電橋測溫儀。其中RT為測溫頭電阻；R10、R30為可調電阻器；R20為已知電阻，G為電流計；E為電源；K為開關。該電路電流方向如圖中箭頭所示。由圖中可知，a、b兩點的電勢差為Vab＝I1R10＋(I1＋IG)RT＝IaR20＋IGRG＋(I1＋IG)RT＝IaR20＋(Ia－IG)R20，因此IG=12Vab-I1RT12R20+RG+Rr…(1)]]>上式中，RG為電流計G的內阻。測溫頭RT通常采用熱敏電阻構成，其阻值與溫度呈如下函數(shù)關系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R10＝RT1時，電橋平衡，IG＝0，電流計讀數(shù)為0，即由R10決定了電流計上溫度量程的下限值，IG等于電流計最大量程，即當IG＝Imax時，電流計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。現(xiàn)有技術中，通常通過同步調換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行調換。而用戶進行測溫時一般采用下述兩種方法之一(1)調節(jié)R10使電橋平衡，由可調電阻器R10上所標的刻度得到所測溫度值；(2)在電橋不平衡的狀態(tài)下由電流計上的讀數(shù)直接得到所測溫度值。顯然使用這兩種方法進行測量時，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)明是通過以下構思來實現(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)調節(jié)電橋平衡，由可調精密電阻器讀出較精確測溫值(t2)；(3)調節(jié)可調精密電阻器，使之與平衡狀態(tài)時所對應的刻度間相差一最小的標定刻度，此時電橋不平衡，根據(jù)所選擇的量程對測溫儀的讀數(shù)進行刻度放大，從而得出精確測溫值(t3)。
本發(fā)明所述的實施上述方法的裝置包括由惠斯通電橋構成的測溫電路，其中，所述電橋中位于橋臂上的一可調電阻器及與電源相串聯(lián)的另一可調電阻器分別為可精密調節(jié)的第一和第二可調精密電阻器，所述電橋測溫電路中還包括提供了量程、電流計讀數(shù)與實際測量值間的對應關系的附件。
本發(fā)明所述的方法也可通過具有另一種結構的裝置來實現(xiàn)。它由惠斯通電橋構成，其中，所述裝置還包括雙向開關、運算放大器、A/D轉換器、液晶顯示裝置及同步旋轉開關，所述惠斯通電橋的兩個橋臂由可調精密電阻器構成，電橋的輸出電壓經(jīng)由雙向開關、運算放大器及A/D轉換器輸入液晶顯示器。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其優(yōu)點是明顯的。它通過所述三步測量方法及其裝置，利用調節(jié)可調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行放大達到了提高測量精度的目的。
以下將參照附圖詳細描述本發(fā)明的具體實施例。
圖1是現(xiàn)有技術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施例的電路圖；圖3是本發(fā)明的電橋測溫儀的另一實施例的電路圖。
圖2示出了采用本發(fā)明電橋測溫方法進行測量的電橋測溫裝置的一個較佳實施例。其中Ra、Rb為可調精密電阻器，所述電阻器可采用較粗的電阻絲均勻繞制而成，并在轉盤上標出阻值及與各阻值相對應的溫度值，作為一種替換，也可以采用可精密調節(jié)的電阻箱構成；R1、R2、R3、R4為已知阻值的電阻器；G為電流計，它可以是指針式電流計，也可以是數(shù)字顯示式電流計。圖中K3為開關，K3打開時，由二極管D和電阻器R5構成的反向保護電路對電流計G進行反向電流保護；K2為雙向開關，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。本發(fā)明中，電流計G的指針可向左、右兩個方向偏轉，相應地，當開關K2在1、2點間切換時，電流計G中流過呈相反方向的電流，與現(xiàn)有技術中指針僅可單向偏轉的電橋測溫儀相比，這種結構增大了量程。
下面將對上述實施例中用于測溫的電流計和可調精密電阻器Ra、Rb的定標方法進行描述。首先，將測溫頭置于恒溫槽中，由標準溫度計讀出其準確的溫度T1。調節(jié)Ra使電橋平衡，在可調精密電阻器Ra的轉盤上標出此時的電阻值及其所對應的溫度值，調節(jié)溫度使其有微小變化ΔT，在電流計指針偏轉后所指處標上其溫度值。重復上述過程建立量程T1→T2期間各點溫度與Ra及電流計所標刻度間的一一對應關系。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關系。其次，當測溫頭所處溫度為T1時，調節(jié)Ra＝RT1，便電橋平衡，此時RA阻值所對應的溫度T1為量程下限值，改變恒溫槽溫度至T2，調節(jié)可調精密電阻器R6使電流計指針滿偏，此時T2為量程上限值，在Rb上標出其對應的電阻值，且在恒溫槽溫度由T1變化至T2期間逐點記錄實際溫度與電流計上刻度間的一一對應關系，在Ra、Rb已確定的情況下，可將其制成電流計刻度—實際溫度的關系曲線，也可以將其制成一一對應的關系表格以便于對照。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刻度與實際溫度值間的對應關系。
下文將對根據(jù)本發(fā)明的方法、使用上述實施例的裝置進行測溫時的具體步驟進行描述。本發(fā)明的測溫方法包括以下三步驟(1)調節(jié)可調精密電阻器Ra至粗略估計的被測溫度值，將測溫頭置于被測環(huán)境，由電流計讀出初步測溫值t1；(2)調節(jié)Ra至t1，細調Ra使電橋平衡，此時電流計G指針指向零，合上K3，再細調Ra至電流計讀數(shù)為零，由Ra讀數(shù)得到較精確測溫值t2，由于Ra為可精密調節(jié)的電阻，t2的測量精度高于t1；(3)調節(jié)Ra至對應于t2＋Δt的刻度，其中Δt為對應于Ra上所標的最小單位刻度的溫度變化量，即，將Ra調節(jié)至與對應于t2的刻度間相差一個最小標定刻度的刻度t2＋Δt上，此時t2’為測量量程的下限值，且電橋不平衡，電流計G指針偏離零值，根據(jù)所需的測量精度對照電流計所附量程與Ra、Rb間的對應關系選出所需的量程上限值，將Rb調節(jié)至對應于該上限值的阻值，讀出此時電流計的讀數(shù)，并根據(jù)電流計所附的關系曲線或關系表格，在上述所選量程下得到電流計讀數(shù)所對應的實際溫度值，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方法在關系曲線或關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)明測溫方法進行測量的測溫裝置的的另一較佳實施例，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轉換器，它可采用例如7106集成電路構成；3為運算放大器，它可采用例如ICL7650集成電路芯片構成；4為雙向開關，通過切換開關4可連接/斷開運算放大器3；5為6×11同步旋轉開關，它由六組開關組成，每一組開關有11個觸點，其中一組11檔開關5a上連接有R01-R011共11個電阻器，由此構成可調精密電阻器5a；6為場效應管，它起穩(wěn)流作用，7為測溫頭，8為可調電阻器。為了便于進行說明，圖3中所述同步旋轉開關5接在第三檔。在R01-R011上標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結構成的半導體測溫頭，對應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{電阻器8的作用是校正數(shù)字顯示器1的讀數(shù)，同樣地，對應于不同的量程段采用不同的電阻器8，因而共有11個可調電阻器8。使用時，若如圖3中所示將同步旋轉開關5接到第三檔，可調精密電阻器5a、6×11開關的其它五組開關均接在第三檔，這時相對應地接入了可調電阻器8中的R33及測溫頭7中的PN3，且可調精密電阻器Rox接在第三檔電阻器R03上，則由R01-R03、R03-R11、PN3及電阻器R2共同構成了惠斯通電橋的四個橋臂，電橋輸出電壓經(jīng)運算放大器3和模/數(shù)轉換器2輸入溫度顯示器1的輸入端口IN-和IN+，由液晶顯示器1對所測溫度進行顯示。圖3中為簡便起見，略去了另10個可調電阻器8和另10個測溫頭7。
制造該測溫儀時，首先對可調精密電阻器5a標刻度，其步驟是將測溫頭置于恒溫槽中，調節(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上精密地標出溫度量程內的各點溫度值；接著對可調電阻器8進行定位，其步驟是(1)調節(jié)恒溫槽溫度至T1，切換雙向開關4斷開運算放大器2，將測溫頭7放入恒溫槽，調節(jié)Rox至T1的刻度，此時電橋平衡，數(shù)字顯示器顯示為零，調節(jié)恒溫槽溫度至T2，電橋不平衡，調節(jié)可調電阻器R8使數(shù)字顯示器顯示為T2-T1，在電阻器8上標上溫度范圍“T1——T2”；(2)切換雙向開關4以接入運算放大器2，作為舉例，本實施例中運算放大器3的放大系數(shù)為10，則將數(shù)字顯示器顯示器的小數(shù)點向左移動一位，這可以方便地采用本領域技術人員所公知的方法來實現(xiàn)，因而這里不對此進行敘述。調節(jié)恒溫槽溫度至T1，放入測溫頭，調節(jié)Rox至T1刻度，電橋平衡，數(shù)字顯示器顯示為零，調節(jié)恒溫槽溫度至TI＋(T2－T1)/10，電橋不平衡，調節(jié)可調電阻器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及可調電阻器8標刻度時，應對應于不同的溫度采用不同的測溫頭7和電阻器8來進行。
下面將對本實施例的測溫步驟進行描述。其步驟如下(1)切換雙向開關4斷開運算放大器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)調節(jié)Rox至t1刻度附近，此時同步旋轉開關5同時選出了適配的測溫頭及可調電阻器8，調節(jié)電阻器8至T1-T2一檔，放入測溫頭，調節(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出了各點溫度，因而可由Rox上所標溫度讀出較精確測溫值t2；(3)切換雙向開關4接入運算放大器2，同時采用已有技術將數(shù)字顯示器顯示位的小數(shù)點向左移動一位，調節(jié)電阻器8至T1——T1＋(T2－T1)/10一檔，放入測溫頭，調節(jié)Rox至與t2相差一最小標定刻度的溫度刻度值t2’，此時電橋不平衡，由于接入了運算放大器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)即得到了實際測得的精確測溫值t3。在本實施例中，對應于不同的溫度段采用適用于各相應溫度段的半導體測溫頭，從而確保了測量的準確率，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行了描述，可以理解，基于上文的描述，本領域內的技術人員不脫離本發(fā)明的實質易對本發(fā)明的方法及其裝置進行變換及修改，但這些變化均應認為包括在本發(fā)明權利要求書的范圍內。
權利要求
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)；調節(jié)電橋平衡，由可調精密電阻器讀出較精確測溫值(t2)；調節(jié)可調精密電阻器，使之與平衡狀態(tài)時所對應的刻度間相差一最小的標定刻度，此時電橋不平衡，根據(jù)所選擇的量程對測溫儀的讀數(shù)進行刻度放大，從而得出精確測溫值(t3)。
2.一種用來實施上述電橋測溫方法的電橋測溫儀，包括電惠斯通電橋構成的測溫電路，其特征在于，所述電橋測溫電路中位于橋臂上的一可調電阻器及與電源相串聯(lián)的另一可調電阻器分別為可精密調節(jié)的第一和第二可調精密電阻器，所述電橋測溫儀還包括提供了量程、電流計讀數(shù)與實際測量值間的對應關系的附件。
3.如權利要求2所述的電橋測溫儀，其特征在于，反映所述對應關系的所述附件為關系曲線。
4.如權利要求2所述的電橋測溫儀，其特征在于，反映所述對應關系的所述附件為關系表格。
5.如權利要求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串聯(lián)的、由二極管及電阻串聯(lián)支路構成的反向保護電路。
6.如權利要求5所述的電橋測溫儀，其特征在于，所述電流計為指針可向左、右兩個方向偏轉的電流計。
7.一種用如權利要求1的方法進行測量的電橋測溫儀，它由惠斯通電橋構成，其特征在于，所述裝置還包括雙向開關、運算放大器、A/D轉換器、液晶顯示裝置及同步旋轉開關，所述惠斯通電橋的兩個橋臂由可調精密電阻器構成，電橋的輸出電壓經(jīng)由雙向開關、運算放大器及A/D轉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)先權日1994年11月30日
發(fā)明者何銓 申請人:何銓