CN102279059B - 温度设定装置、温度测量系统和温度测量方法 - Google Patents
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Abstract
一种温度设定装置、温度测量系统和温度测量方法，该温度设定装置利用一个参数同时表征实际室温和所设定室温，且包括第一和第二输出端、多条电路支路和档位切换装置，多条电路支路与多个档位一一对应，档位切换装置能根据档位设定而切换至多条电路支路中的一条电路支路，使得温度设定装置的第一和第二输出端之间只有一条电路支路接通，每条电路支路的可测得的总电路参数值是随实际室温变化的变化分量和不随实际室温变化的相对于档位固定的固定分量之和，每条电路支路的变化分量随温度变化的曲线是相同的，任意两条电路支路的固定分量之间的差值的绝对值大于可测得的变化分量的最大值与最小值的差，每条电路支路的固定分量对应于一个设定室温。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用一个参数同时表征实际室温和所设定室温的温度设定装置、基于该温度设定装置的温度测量系统和温度测量方法。
背景技术
在室温自动调节等场合，通常由用户利用安装在房间内的温度设定装置101对室温进行设定，如图10所示，最常见的温度设定装置101包括多档位调节开关，通常这种多档位调节开关不具有测量实际室温的功能。
为了实现室温自动控制，需要自动获取室内实际温度和用户所设定的温度数值。通常室温测量装置101和测量控制装置102之间有几米至几十米、甚至更远的距离。常用的模拟技术方案是用两个电路分别完成，一个电路测量实际室温，另一个电路测量设定室温，因此需要测量至少两个电路参数，需要四个输出端，分别连接四条信号传输长线，两条采集室内实际温度，两条获取设定温度，公用一条时，也需要三条信号传输长线，整个线路的耗材用量大，维护成本也相当大。而且如果接线时正反接错，会造成设备不能正常工作，甚至设备损坏。
在现有技术中的另一种选择是使用带有单片机的温度设定装置，单片机有源工作，经由单片机将设定温度和实际测量室温信号传输给中央处理单元。但由于使用单片机，温度设定装置的成本大大提高，而且由于使用单片机的温度设定装置需要有源工作，可靠性降低。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种利用一个电路参数同时表征实际室温和所设定室温的温度设定装置。根据本发明的温度设定装置不仅具有设定温度的功能，而且具有提供同时表征实际室温和所设定室温的一个可测量电路参数的功能。
本发明的目的还在于提供一种基于上述温度设定装置的温度测量系统和温度测量方法。所述温度测量系统和方法通过一次测量一个电路参数，就能同时确定实际室温和所设定室温。
根据本发明的第一方面，提供了一种利用一个电路参数同时表征实际室温和所设定室温的温度设定装置，该温度设定装置具有第一输出端和第二输出端，并且包括：多条电路支路，所述多条电路支路与所述温度设定装置的多个档位一一对应；和档位切换装置。所述档位切换装置能够根据档位设定而切换至所述多条电路支路中的一条电路支路，使得所述温度设定装置的第一和第二输出端之间只有所述一条电路支路接通，其中每条所述电路支路的可测得的总电路参数值是随实际室温变化的变化分量和不随实际室温变化的相对于档位固定的固定分量之和，并且每条电路支路的所述变化分量随温度变化的曲线是相同的，任意两条所述电路支路的固定分量之间的差值的绝对值大于可测得的所述变化分量的最大值与最小值的差，每条电路支路的固定分量对应于一个设定室温。
优选地，所述多条电路支路可以是多条电阻支路，每条电阻支路由温度随实际室温变化的热敏电阻和温度不随实际室温变化的固定电阻组成，从而所述变化分量是所述热敏电阻的电阻值，所述固定分量为所述固定电阻的固定电阻值。
优选地，所述多条电阻支路可以共用同一个热敏电阻。
优选地，各条电阻支路的固定电阻值可以分别是一固定阻值的不同正整数倍。
优选地，所述多条电阻支路中的第一条电阻支路的固定电阻值可以为零。更优选地，除所述第一条电阻支路以外的其它各条电阻支路的固定电阻值可以分别是一固定阻值的不同正整数倍。
另外，所述多条电路支路可以是多条电容支路，每条电容支路由电容值随实际室温变化的热敏电容和电容值不随实际室温变化的固定电容并联形成，从而所述变化分量是所述热敏电容的电容值，所述固定分量为所述固定电容的固定电容值。
优选地，所述多条电容支路共用一个热敏电容。
另外，所述多条电路支路可以是多条二极管支路，每条二极管支路由正向联接的正向压降随实际室温变化的普通二极管和反向联接的反向压降不随实际室温变化的稳压二极管串联形成，从而所述变化分量是所述普通二极管的正向压降，所述固定分量为所述稳压二极管的反向压降。
根据本发明的第二方面，提供了一种温度测量系统，包括：如上所述的温度设定装置；测量装置，所述测量装置与所述温度设定装置的第一和第二输出端相连，用于测量所述温度设定装置的当前接通的电路支路的总电路参数值；和计算装置，在所述计算装置中预存有所述温度设定装置的每条电路支路的固定分量、每个固定分量对应的档位、以及变化分量随温度变化的曲线，其中所述计算装置从所述测量装置接收所测得的总电路参数值，并将该测得的总电路参数值与预存的每条电路支路的固定分量相比较，从而确定一个包含所测得的总电路参数值并且上下限分别由两条电路支路的固定分量确定的最小的数值区间，该最小数值区间的所述下限即是当前接通的电路支路的固定分量，根据该固定分量确定当前的设定室温，然后将所测得的总电路参数值减去所述最小数值区间的下限，得到当前接通的电路支路的变化分量的数值，然后根据该变化分量的数值计算得到实际室温。优选地，所述计算装置为单片机。
根据本发明的第三方面，提供了一种温度测量方法，包括：提供如上所述的温度设定装置；将测量装置与所述温度设定装置的第一和第二输出端相连，测量所述温度设定装置的当前接通的电路支路的总电路参数值；在计算装置中预存所述温度设定装置的每条电路支路的固定分量、每个固定分量对应的设定室温、以及变化分量随温度变化的曲线；将所述测量装置测得的总电路参数值输送给所述计算装置，并将该测得的总电路参数值与预存的每条电路支路的固定分量相比较，从而确定一个包含所测得的总电路参数值并且上下限分别由两条电路支路的固定分量确定的最小的数值区间，该最小数值区间的所述下限即是当前接通的电路支路的固定分量，根据该固定分量确定当前的设定室温，然后将所测得的总电路参数值减去所述最小数值区间的下限，得到当前接通的电路支路的变化分量的数值，然后根据该变化分量的数值计算得到实际室温。
利用本发明，能够用一个电路参数同时表征实际室温和所设定室温，进而通过一次测量一个电路参数，就能同时得到实际室温和所设定室温。
并且本发明的温度设定装置采用双线无源模拟电路，只有两个输出端，只需要两条信号传输长线，即可获取室内实际温度和用户设定温度数值。本发明将信号传输长线减少为两条，其中一条连接各电阻支路的公共端与阻值测量装置的一端，另一条连接阻值测量装置的另一端，既可降低安装成本，也减小了接线出错的几率；敏感室温和设定控制温度的测温电路为无源模拟电路，简单可靠并节能。
相比于使用单片机的温度设定装置，包括本发明的电路的温度设定装置结构简单、成本更低、运行更可靠。
附图说明
图1示出了根据本发明一实施例的具有多个(n个)档位的温度设定装置以及与其相连的测量装置和计算装置；
图2示出了根据本发明另一实施例的5档温度设定装置以及与其相连的测量装置和计算装置；
图3示出了根本发明又一实施例的具有多个(n个)档位的温度设定装置以及与其相连的测量装置和计算装置，所述温度设定装置的电路支路为电阻支路；
图4示出了根据本发明再一实施例的5档温度设定装置以及与其相连的测量装置和计算装置，所述温度设定装置的电路支路为电阻支路；
图5示出了根据本发明另一优选实施例的5档温度设定装置以及与其相连的测量装置和计算装置，所述温度设定装置的电路支路为电阻支路；
图6示出了根据本发明另一优选实施例的5档温度设定装置以及与其相连的测量装置和计算装置，所述温度设定装置的电路支路为电容支路；
图7示出了图6中的电容支路经简化之后得到的5档温度设定装置以及与其相连的测量装置和计算装置；
图8示出了根据本发明另一优选实施例的温度设定装置以及与其相连的测量装置和计算装置，所述温度设定装置的电路支路为二极管支路；
图9示出了根据本发明另一优选实施例的5档温度设定装置以及与其相连的测量装置和计算装置，所述温度设定装置的电路支路为二极管支路；
图10是示出现有技术的温度设定装置的示意图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的一实施例的能同时表征室温和设定室温的温度设定装置，该温度设定装置大体以附图标记10表示。所述温度设定装置10具有第一输出端D1和第二输出端D2，并且包括切换开关K，当以及多条(n条)电路支路S1至Sn，温度设定装置的每一个档位对应于唯一的一个电路支路。根据所设定的档位，所述切换开关K切换至所述多条电路支路中的与所述档位对应的一个电路支路，从而在所述温度设定装置的第一和第二输出端之间只有这个电路支路接通。在包括所述温度设定装置的温控系统中，所述温度设定装置的第一和第二输出端分别与测量装置的两端相连，所述测量装置用来测量表征所述室温和所设定室温的电路参数，计算装置接收来自所述测量装置的测得的电路参数值，根据所述电路参数值计算实际室温和设定室温。所述计算装置可以是单片机。所述电路参数可以是电阻阻值、电容容值或者二极管压降等电路参数。
下面首先结合附图1描述本发明的原理。
如图1所示，在具有多个(n个)档位的温度设定装置10中，该温度设定装置10包括多条电路支路(n条电路支路)，其中：
第1条电路支路的可测得的总电路参数值为：S1＝Ft+F1；
第2条电路支路的可测得的总电路参数值为：S2＝Ft+F2；
……
类似地，第n-1条电路支路的可测得的总电路参数值为：Sn-1＝Ft+Fn-1；
第n条电路支路的可测得的总电路参数值为：Sn＝Ft+Fn，
其中，n是大于1的整数，Ft是每条电路支路的总电路参数值中随温度变化的变化分量，每条电路支路的Ft随温度变化的曲线相同，根据Ft的数值可以确定实际温度；F1至Fn不随温度变化，是每条电路支路的总电路参数值中不随温度变化的固定分量，任意两条电路支路的所述固定分量之间的差值的绝对值大于在所述温度设定装置的应用环境中可测得的Ft的最大值与最小值的差。
在包括所述温度设定装置以及所述测量装置和计算装置的温控系统中，例如当用户将该温度设定装置置于第m档位时，测量装置测得所述温度设定装置的第一输出端D1和第二输出端D2之间的电路参数值为S；将S与F1、F2、...Fn依次进行比较，在上述多条电路支路的可测量电路参数值满足上述设定关系的前提下，一定能找到FM和FL，使得FL＞S＞FM，并且FL-FM小于满足上述关系式的其它任意两条电路支路的固定分量的差值的绝对值，即能够确定一个包含所测得的总电路参数值S并且上下限分别由两条电路支路的固定分量确定的最小的数值区间(FM，FL)。
进而计算装置可以确定当前的档位为第M档；计算装置计算S-FM的数值，也就是上述Ft的当前数值，由此可以确定当前温度。
如图2所示，示出了当n＝5时的5档温度设定装置20。其中S1、S2、S3、S4、S5均满足上述各电路支路的设定关系。
在图3所示的本发明的优选实施例中，将电路支路设置为电阻支路，对应的可测量的电路参数为电阻的电阻值。在这种情况下，如图3所示，多个(n个)档位的温度设定装置30包括多条电阻支路(n条电阻支路)，其中：
第1条电阻支路的可测得的总电阻值为：S1＝Rt+R1；
第2条电阻支路的可测得的总电阻值为：S2＝Rt+R2；
……
类似地，第n-1条电阻支路的可测得的总电阻值为：Sn-1＝Rt+Rn-1；
第n条电阻支路的可测得的总电阻值为：Sn＝Rt+Rn，
其中，Rt是热敏电阻的可测得的电阻值，是每条电阻支路总电阻值中随温度变化的变化分量，每条电阻支路的Rt随温度变化的曲线相同，根据Rt的数值可以确定实际温度；R1至Rn不随温度变化，是每条电阻支路总电阻值中不随温度变化的固定分量，任意两条电阻支路的所述固定分量之间的差值的绝对值大于在应用环境中可测得的Rt的最大值与最小值的差。
如图4所示，示出了当n＝5时的5档温度设定装置40。其中R1、R2、R3、R4、R5均满足上述各电阻支路的设定关系。
例如，下表为一个典型的NTC热敏电阻的阻值随温度变化表。
| 温度值(摄氏度) | 32 | 30 | 27 | 26 | 25 | 22 |
| 阻值(kΩ) | 4.65 | 4.74 | 5.46 | 5.82 | 6.05 | 6.93 |
采用这一热敏电阻时，在22度至32度范围内，该热敏电阻的阻值Rt的变化范围是4.65kΩ与6.93kΩ之间，考虑测量误差产品可靠性等因素，可将任意两条电阻支路的固定分量的差值的绝对值设定为大于最大值6.93kΩ与最小值4.65kΩ的差，即大于2.28kΩ，例如将任意两条电阻支路的固定分量的差值设定为8kΩ。例如R1、R2、R3、R4、R5可以在2k Ω、10kΩ、18kΩ、24kΩ、32kΩ中分别取值。例如R1＝10kΩ、R2＝32kΩ、R3＝2kΩ、R4＝18kΩ、R5＝24kΩ。优选地，R1＝2kΩ、R2＝10kΩ、R3＝18kΩ、R4＝24kΩ、R5＝32kΩ。
优选地，可以使图3所示的实施例中的各电阻如下设置：R1＝0，R2＝R，R3＝2R，......Rn＝(n-1)R，并且R大于Rt的可测得的最大值。
如图5示出了当n＝5时，R1＝0，R2＝R，R3＝2R，R4＝3R，R5＝4R的5档温度设定装置50。
例如，在图5中，热敏电阻采用如上所述在测量温度变化范围内最大值与最小值的差值小于8kΩ的热敏电阻，并且例如R＝8kΩ，则在所述温度设定装置中每条电阻支路不随温度变化的固定分量R1＝0，R2＝8kΩ，R3＝16kΩ，R4＝24kΩ，R5＝40kΩ。
图6所示的根据本发明的5档温度设定装置60的多条电路支路为多条电容支路，每条电容支路由电容值随实际室温变化的热敏电容和电容值不随实际室温变化的固定电容并联而成。各条电容支路的总电容值分别为S1＝Ct+C1、S2＝Ct+C2、S3＝Ct+C3、S4＝Ct+C4、S5＝Ct+C5，其中：Ct是热敏电容的可测得的电容值，是每条电容支路总电容值中随温度变化的变化分量，每条电容支路的Ct随温度变化的曲线相同，根据Ct的数值可以确定实际温度；C1至C5不随温度变化，是每条电容支路总电容值中不随温度变化的固定分量，任意两条电容支路的所述固定分量C1、C2、C3、C4、C5之间的差值的绝对值大于实际应用环境中可测得的变化分量Ct的最大值与最小值的差。
图7示出了图6中的电容支路经简化之后得到的5档温度设定装置70以及与其相连的测量装置和计算装置。对应于切换开关的每个切换档位，在温度设定装置的第一和第二输出端之间只有一条电容支路接通，各条电容支路的总电容值与图6中的各条电容支路的总电容值分别对应，分别为S1＝Ct+C1、S2＝Ct+C2、S3＝Ct+C3、S4＝Ct+C4、S5＝Ct+C5，并且任意两条电容支路的固定分量C1、C2、C3、C4、C5之间的差值的绝对值大于实际应用环境中可测得的变化分量Ct的最大值与最小值的差。
综上所述，本领域技术人员在阅读了本发明之后可以想到，可以根据需要将温度设定装置设定为具有任意合理的档位数。可以从电阻、电容或者二极管中选取电路元件，使各支路的可测得的总电路参数值包括随实际室温变化的变化分量和不随温度变化的相对于档位固定的固定分量，并且满足任意两档位的固定分量之间的差值的绝对值大于实际应用环境中可测得的变化分量最大值与最小值的差即可。
作为另外的示例，如图8所示，所述多条电路支路可以是多条二极管支路。普通二极管的正向压降随温度有变化，而稳压二极管反向压降随温度变化很小或基本不变化。因此，可以由正向联接的正向压降随实际室温变化的普通二极管Et和反向联接的反向压降不随实际室温变化的稳压二极管E1至En串联形成每条二极管支路，从而所述变化分量是所述普通二极管的正向压降，所述固定分量为所述稳压二极管的反向压降。通过选取各二极管支路的普通二极管的正向压降值和稳压二极管的反向压降值，使得任意两条二极管支路的固定分量E1至En之间的差值的绝对值大于实际应用环境中可测得的变化分量Et的最大值与最小值的差，就能够实现本发明。
图9示出了采用二极管电路支路的5档温度设定装置，其中各条二极管支路的固定分量分别为一稳压二极管的反向压降E的整数倍，即分别为E、2E、3E、4E、5E。
虽然在上述实施例中采用切换开关K作为档位切换装置，但本领域技术人员能够想到例如在电阻电路中使用可变电阻器的可动触头作为档位切换装置，用来切换满足本发明要求的不同的电阻支路。
上面所述的实施例仅用于清楚地解释本发明，并非对本发明进行限制。本发明请求保护的范围和构思都记载在本发明的权利要求书中。
Claims (11)
1.一种利用一个电路参数同时表征实际室温和所设定室温的温度设定装置(10，20，30，40，50)，该温度设定装置包括：
第一输出端(D1)和第二输出端(D2)；
多条电路支路，所述多条电路支路与所述温度设定装置的多个档位一一对应；和
档位切换装置(K)，所述档位切换装置能够根据档位设定而切换至所述多条电路支路中的一条电路支路，使得所述温度设定装置的第一和第二输出端之间只有所述一条电路支路接通，
其中每条所述电路支路的可测得的总电路参数值是随实际室温变化的变化分量(Ft)和不随实际室温变化的相对于档位固定的固定分量之和，并且每条电路支路的所述变化分量(Ft)随温度变化的曲线是相同的，任意两条所述电路支路的固定分量之间的差值的绝对值大于在应用环境中可测得的所述变化分量(Ft)的最大值与最小值的差，每条电路支路的固定分量对应于一个设定室温。
2.根据权利要求1所述的温度设定装置，其特征在于，所述多条电路支路是多条电阻支路，每条电阻支路由温度随实际室温变化的热敏电阻和温度不随实际室温变化的固定电阻串联形成，从而所述变化分量是所述热敏电阻的电阻值(Rt)，所述固定分量为所述固定电阻的固定电阻值。
3.根据权利要求2所述的温度设定装置，其特征在于，所述多条电阻支路共用同一个热敏电阻。
4.根据权利要求3所述的温度设定装置，其特征在于，各条电阻支路的固定电阻值分别是一固定阻值(R)的不同正整数倍。
5.根据权利要求3所述的温度设定装置，其特征在于，所述多条电阻支路中的第一条电阻支路的固定电阻值为零。
6.根据权利要求5所述的温度设定装置，其特征在于，除所述第一条电阻支路以外的其它各条电阻支路的固定电阻值分别是一固定阻值(R)的不同正整数倍。
7.根据权利要求1所述的温度设定装置，其特征在于，所述多条电路支路是多条电容支路，每条电容支路由电容值随实际室温变化的热敏电容和电容值不随实际室温变化的固定电容并联而成，从而所述变化分量是所述热敏电容的电容值(Ct)，所述固定分量为所述固定电容的固定电容值。
8.根据权利要求7所述的温度设定装置，其特征在于，所述多条电容支路共用一个热敏电容。
9.根据权利要求1所述的温度设定装置，其特征在于，所述多条电路支路是多条二极管支路，每条二极管支路由正向联接的正向压降随实际室温变化的普通二极管和反向联接的反向压降不随实际室温变化的稳压二极管串联形成，从而所述变化分量是所述普通二极管的正向压降，所述固定分量为所述稳压二极管的反向压降。
10.一种温度测量系统，包括：
如权利要求1-9中任意一项所述的温度设定装置；
测量装置，所述测量装置与所述温度设定装置的第一和第二输出端相连，用于测量所述温度设定装置的当前接通的电路支路的总电路参数值；和
计算装置，在所述计算装置中预存有所述温度设定装置的每条电路支路的固定分量、每个固定分量对应的档位、以及变化分量随温度变化的曲线，
其中所述计算装置从所述测量装置接收所测得的总电路参数值，并将该测得的总电路参数值与预存的每条电路支路的固定分量相比较，从而确定一个包含所测得的总电路参数值并且上下限分别由两条电路支路的固定分量确定的最小的数值区间，该最小数值区间的所述下限即是当前接通的电路支路的固定分量，根据该固定分量确定当前的设定室温，然后将所测得的总电路参数值减去所述最小数值区间的下限，得到当前接通的电路支路的变化分量(Ft)的数值，然后根据该变化分量的数值计算得到实际室温。
11.一种温度测量方法，包括：
提供如权利要求1-9中任意一项所述的温度设定装置；
将测量装置与所述温度设定装置的第一和第二输出端相连，测量所述温度设定装置的当前接通的电路支路的总电路参数值；
在计算装置中预存所述温度设定装置的每条电路支路的固定分量、每个固定分量对应的设定室温、以及变化分量随温度变化的曲线；
将所述测量装置测得的总电路参数值输送给所述计算装置，并将该测得的总电路参数值与预存的每条电路支路的固定分量相比较，确定一个包含所测得的总电路参数值并且上下限分别由两条电路支路的固定分量确定的最小的数值区间，该最小数值区间的所述下限即是当前接通的电路支路的固定分量，根据该固定分量确定当前的设定室温，然后将所测得的总电路参数值减去所述最小数值区间的下限，得到当前接通的电路支路的变化分量的数值，根据该数值计算得到实际室温。
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