CN101158606A

CN101158606A - 供暖系统温差测量仪

Info

Publication number: CN101158606A
Application number: CNA2007101355608A
Authority: CN
Inventors: 王昌龙; 陈健
Original assignee: Yangzhou University
Current assignee: Yangzhou University
Priority date: 2007-11-16
Filing date: 2007-11-16
Publication date: 2008-04-09

Abstract

本发明涉及一种供暖系统温差测量仪，属于温度测量器具技术领域，本发明主要特点是由双头热电偶和信号调理电路组成，把双头热电偶的两个接线柱密封在一起，保证绝缘和温度相同，工作时双头热电偶的两测量端采用密封安装座分别插入用户供暖管进出端，两个接线端靠近并相互绝缘包裹在绝热材料中，保证两端温度相同，双头热电偶感受进出口温差后，在热电偶两端形成微小的电压差，温差电势放大电路将该信号进行放大和显示，并可与流量测量传感器获得的流量数据相乘得出用户得到的供热量，双头热电偶采用廉价通用的热电偶材料铜－康铜制作，其成本低廉，仅相当于Pt1000配对热电偶成本的1/5。也可用于其它相近领域的温差测量。

Description

供暖系统温差测量仪

技术领域

本发明涉及一种供暖系统温差测量仪，属于温度测量器具技术领域。

背景技术

热电偶测温基于热电效应——塞贝克效应，任何两种不同的金属或半导体材料，一端焊接后，只要两端存在温差，电路中就会产生与温差大小有关的热电势，但是热电势信号非常微弱，约为0.02-0.06mV/℃，因此需要灵敏的放大电路，才能满足显示转换的要求。因此对于温度变化范围不大的场合，通常采用热电阻测温，工业上最常用的有50Ω的铜电阻Cu50和100或1000Ω的铂电阻Pt100/Pt1000，目前发达国家也大多采用两根Pt1000热电阻分别测量进出口水温，计算得出温差。工业用的铜电阻和铂电阻往往体积较大，家庭管道中安装不便，传热误差也大，作为千家万户的计量装置，成本和精度是首先要考虑的。为了缩小体积，国外多采用厚膜技术制造Pt1000热电阻，由于膜材料与块体材料相比(用块状金属如铜锭切削加工或拉丝得到的线材性质仍然和金属块相同，而真空镀膜材料疏松，电特性不稳定)，前者热电特性分散且有老化现象，Pt1000配对精度难以长期维持在0.1℃。

采用非接触式测温技术，如红外辐射温度计用于家用供暖系统既不准确也容易受到人为故意破坏，不便采用。

发明内容

本发明的目的是提供一种供暖系统温差测量仪，针对家庭管道中不便安装铜电阻和铂电阻，膜材料热电特性分散且有老化现象等不足，实现有利于家庭供暖系统管道使用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种供暖系统温差测量仪，其特征在于所述测量仪由双头热电偶和信号调理电路构成，双头热电偶冷端的两个接线柱相互靠近并隔离后接信号调理电路中的温差电势放大电路的信号输入端。

所述双头热电偶为拥有两个测量端的一根铜-康铜热电偶。

所述双头热电偶采用两片氟塑料薄膜塑封两根金属丝。

所述双头热电偶为双绞线，线路较长时采用屏蔽线。

所述信号调理电路由稳压电源电路、温差电势放大电路、A/D转换电路、单片机运算电路和显示电路组成；温差电势放大电路的输出接接A/D转换电路，A/D转换电路将电压信号转换为数字信号传递给单片机运算电路，单片机运算电路的温差信号输出接显示电路。

本发明在充分考虑了供热系统温差测量的具体特点，无需精确测量参考端也就是冷端温度，只要保证冷端温度相同即可，主要特点是由双头热电偶和信号调理电路组成，具体做法是把双头热电偶的两个接线柱适当延伸，密封在一起(由于铜康铜属于廉价热电偶，延伸所用的材料还是铜康铜，无需采用其他材料，除了插在热水中的很短一部分，其余部分都可看作延伸段)，保证绝缘和温度相同。工作时双头热电偶的两测量端采用密封安装座分别插入用户供暖管进出端，两个接线端应尽量靠近并相互绝缘包裹在绝热材料中，保证两端温度相同，双头热电偶感受进出口温差后，在热电偶两端形成微小的电压差，温差电势放大电路将该信号进行放大和显示，并可与流量测量传感器获得的流量数据相乘得出用户得到的供热量。双头热电偶采用廉价通用的热电偶材料铜-康铜制作，其成本低廉，仅相当于Pt1000配对热电偶成本的1/5，也可用于其它相近领域的温差测量。

附图说明

图1为本发明与供暖管道连接的总体结构框图；

图中，1进水管，2出水管，3双头热电偶，A温差电势放大电路B A/D转换电路，C单片机运算电路，D显示电路，E稳压电源电路。

具体实施方式

结合附图和实施例进一步说明本发明，如图1所示，本发明由双头热电偶和信号调理电路构成，由于采用一根双头热电偶代替通常测量温差所采用的两根热电偶，从而避免了由于两根热电偶热电特性可能存在的细微的差异带来的误差，用两根热电偶很难保证0.1℃的配对精度。与目前市场上的热电阻式供暖温差传感器相比，差别如下：

(1)热电偶与热电阻相比测量端体积非常小，只要测量端焊接点被加热到介质温度即可，因而反应灵敏，由于节点很小，传感器向外传热改变被测温度场引起的传热误差极小。相比而言热电阻体积较大，整体被加热到介质温度的时间较长，尺寸越大，传热误差越大。

(2)热电偶与热电阻相比制作非常简便，由于被测水温不超过110℃，不需要不锈钢套管等耐热、耐腐蚀结构，只要用两片氟塑料薄膜对两根金属丝进行塑封即可，成本极其低廉，适合千家万户推广。

(3)按照常规思维，水温变化范围较小，不同于工业炉上千度的工作温度，因此水温测量宜采用热电阻传感器，因为热电阻传感器输出信号大，对于温度不高的场合，比热电偶灵敏度高，因而测温精确。众所周知温度变化范围较小时热电偶输出信号小，不易准确测量。但是对于供暖系统这个特例，水温一定大多在0-100℃之间。需要测量的仅仅是用户进出水管水温温差，而普通的Cu50或Pt100热电阻体积过大，不适合家庭安装，目前采用的厚膜热敏电阻技术生产的热电阻或热敏电阻分散性过大，尤其在进出口温差极小的情况下，配对精度达不到要求。事实上在有些集中供暖系统中，进出某个单用户的水温变化低达0.1℃，热电阻的配对精度很难达到0.1℃，原因就在于热敏电阻材料成分波动较大，阻值分散，而铜电阻和铂电阻体积过大，传热误差大，也很难达到0.1℃的配对精度。本发明中的热电偶采用纯金属和成分固定的合金材料制作，热电特性稳定，配对精度容易保证。

(4)双头热电偶的两头分别插入该用户暖水管道的出入端口，热电偶的冷端延长后焊接到电路板上。关键技术就在于，水温温差测量时，热电偶冷端温度不需要保持恒定，只要两根接线柱温度相等就行。保持冷端温度恒定是困难的，而保持两个冷端节点温度相等是比较容易的，冷节点采用绝热材料如棉花覆盖，以保证冷节点内温度均匀一致。本系统也不需要采用温度补偿电路来使冷端温度相当于恒温。由于不采用贵金属热电偶材料，成本低廉，不需要补偿导线，直接把热电偶材料延长到所需长度即可，为了减小电磁干扰应制成双绞线，带有绝缘皮的铜线和康铜线双绞在一起，只有插入热水中的部分采用四氟乙烯保护，线路较长时采用屏蔽线。

(5)为了保证热电偶热电特性参数一致，采用盐水焊接，避免普通焊料或焊接工艺不稳定使热结点变质，造成热电特性分散。

信号调理电路由温差电势放大电路A，A/D转换电路B，单片机运算电路C和显示电路D以及稳压电源电路E组成；温差电势放大电路A的输出端提供与温差相对应的电压变化，满足A/D转换电路B转换的需要，需要1000倍左右的放大倍数，可采用三级放大，均采用OP07运算放大器，每级放大10倍。然后将放大后的电压信号传递给A/D转换电路C，A/D转换电路C采用串行接口的MCP3202，将电压信号转换为数字信号传递给单片机运算电路C，单片机运算电路C选用20个引脚的小尺寸单片机AT89C2051，可减少布线数量，缩小电路板面积；单片机向显示器件数码管或笔段式液晶输出显示数据。

本发明中，温差电势放大电路A、A/D转换电路B、单片机运算电路C、显示电路D和稳压电源电路E可采用现有成熟电路。

Claims

1.一种供暖系统温差测量仪，其特征在于所述测量仪由双头热电偶和信号调理电路构成，双头热电偶冷端的两个接线柱相互靠近并隔离后接信号调理电路中的温差电势放大电路的信号输入端。

2.根据权利要求1所述的供暖系统温差测量仪，其特征在于所述双头热电偶为拥有两个测量端的一根铜-康铜热电偶。

3.根据权利要求1或2所述的供暖系统温差测量仪，其特征在于所述双头热电偶采用两片氟塑料薄膜塑封两根金属丝。

4.根据权利要求1或2所述的供暖系统温差测量仪，其特征在于双头热电偶为双绞线，线路较长时采用屏蔽线。

5.根据权利要求1或2所述的供暖系统温差测量仪，其特征在于双头热电偶采用盐水焊接。

6.根据权利要求1所述的供暖系统温差测量仪，其特征在于所述信号调理电路由稳压电源电路、温差电势放大电路、A/D转换电路、单片机运算电路和显示电路组成；温差电势放大电路的输出接接A/D转换电路，A/D转换电路将电压信号转换为数字信号传递给单片机运算电路，单片机运算电路的温差信号输出接显示电路。