CN102980677B - 基于石英温度传感器的大尺度物体测温方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于石英温度传感器的大尺度物体测温方法及装置，在采用由石英温度传感器、振荡器、前置放大器、混频器、整形电路和基频振荡器构成的石英温度测量仪来测量物体温度时，预先将其混频器中的三极管进行反置连接，然后将前置放大器的电输出信号通过5米以上的信号传输线连接到混频器的信号输入端，这样即可采用石英温度测量仪来对大尺度的物体进行测温。本发明不仅具有结构简单、测量物体尺度范围大的优点，而且还具有测量精度和工作可靠性都高的优点。在信号传输线的长度为25m时，其测量精度的误差≤±0.1℃。

Description

基于石英温度传感器的大尺度物体测温方法及装置

技术领域

本发明涉及一种基于石英温度传感器的大尺度物体测温方法及装置，属于石英温度测量仪器技术领域。 

背景技术

目前，基于石英温度传感器的石英温度测量仪，常用于温度的高精度自动测量。由于石英温度传感器是利用其谐振频率与温度成正比的原理对温度进行测量的，所以要给石英温度传感器提供振荡源，又因为石英振荡频率与温度的相对变化很小，所以要采用混频的方法将有效信号提出。对于大尺度被测物体，要实现其温度测量，在现有技术中通常所用的方法有如下几种： 

1、加长石英温度传感器与振荡器之间的引线。由于石英温度传感器的负载能力很小，与振荡电路之间的信号传输引线过长，则会引起引线寄生电容过大，即增大了传感器的负载，致使振荡器停振，不能实现测量，所以其信号传输线的长度一般不超过1米，其测量范围一般在1m以下；

2、将振荡器和前置放大器与石英温度传感器集成在一起，以提高石英温度传感器的负载能力，然后再将放大的信号送后极的混频器。即使如此，当集成在一起的前置极与混频器之间信号传输引线过长时，其寄生电容过大，也会使前置极停振，所以这种方法的测量范围也只在1m左右的范围；

3、把整个温度测量仪器的信号处理的电路都集成在探头上，这虽然可以解决引线加长使振荡器停振问题，但会使其测量仪探极体积增大，当用此测量探极与被测物体接触时，会改变被测物体的温度状态，使测量温度失准。同时，由于探极体积大，很不便于测量操作。

从上述分析可知，目前现有技术中的基于石英温度传感器的石英温度测量仪对于大尺度物体测温的效果还是不够理想。 

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、测量物体尺度范围大、并且测量精度和工作可靠性都高的基于石英温度传感器的大尺度物体测温方法及装置，以克服现有技术的不足。 

本发明的技术方案是这样实现的，本发明的一种基于石英温度传感器的大尺度物体测温方法为，该方法包括采用由石英温度传感器、振荡器、前置放大器、混频器、整形电路和基频振荡器构成的石英温度测量仪来测量物体温度，在采用石英温度测量仪来测量物体温度时，预先将混频器中的三极管进行反置连接，使混频器中的三极管在工作时处于非放大工作状态，然后将前置放大器的电输出信号通过1米以上的信号传输线连接到混频器的信号输入端，这样即可采用石英温度测量仪来对大尺度的物体进行精确测温。 

上述将混频器中的三极管进行反置连接时，其三极管为NPN型三极管时，将该NPN型三级管的发射极接电源的正极，将该NPN型三级管的集电极接电源的负极；其三极管为PNP型三极管时，将该PNP型三级管的发射极接电源的负极，将该PNP型三级管的集电极接电源的正极。 

根据上述方法构建的本发明的一种基于石英温度传感器的大尺度物体测温装置为：该装置包括由石英温度传感器、振荡器、前置放大器、混频器、整形电路和基频振荡器构成的石英温度测量仪，其混频器由第一电阻～第四电阻四个电阻和一个三极管连接组成，其混频器中的三极管为反置连接，即混频器中的三极管的工作状态为非放大工作状态；并且前置放大器通过长度为1～25米的信号传输线与三极管连接。 

所述三极管为NPN型或PNP型三极管，所述三极管为NPN型三极管时，该NPN型三级管的发射极通过第三电阻与电源的正极连接，该NPN型三级管的集电极通过第四电阻接电源的负极；所述三极管为PNP型三极管时，该PNP型三级管的发射极通过第三电阻与电源的负极连接，该PNP型三级管的集电极通过第四电阻接电源的正极；三极管的基极与第一电阻和第二电阻的一端连接、并通过第一电容和信号传输线与前置放大器的电信号输出端连接，第一电阻的另一端接电源的正极并通过信号传输线与前置放大器连接，第二电阻的另一端接电源的负极；基频振荡器的信号输出端通过第二电容和第四电阻接电源的负极，整形电路的信号输入端通过第三电阻接电源的正极。 

在上述整形电路的信号输入端与电源的负极之间连接有第四电容。 

在上述电源的正极和负极之间连接有第三电容。 

上述石英温度传感器、振荡器、前置放大器集成在一块集成电路板上，并且由前置放大器引出信号传输线，在信号传输线的引出端连接有插线接头，混频器、整形电路和基频振荡器和电源都安装在一个盒体内，在盒体上设有用于与插线接头连接的插线接口，并且插线接口的接线端分别与电源的正极、负极和第一电容连接。 

上述三极管为NPN型三极管。 

上述三极管的型号为3DG12。 

由于采用了上述技术方案，本发明使用传统的石英温度传感器作为温度检测元件，并将现有的振荡器和前置放大器与传感器集成在一起，有效的解决了作为温度测量仪器的探测器体积过大的问题。本发明的混频器采用3DG12三极管作混频元件，其集电极和发射极的电路连接与传统的混频器连接方式相反，即进行反置连接。通常三极管是处于正置状态下工作，对于NPN型三极管的正置状态是指三级管集电极接电源的正极端，发射极接地端，利用三极管的两个PN结参杂浓度不同使三极管处于放大工作状态。如果反置，既对于NPN型三极管三级管发射极接电源正极端，其集电极接负极地端，这样三极管不具有放大功能。本发明的发明人经过分析研究发现，由于在温度测量仪器中，其混频器中的三极管主要是用于混频，其放大功能不是主要的，所以本发明的发明人将其反置连接，无需该三极管的放大功能。通过实测表明：如果三极管正置则前端的信号传输线超过1m时，混频器则不能正常工作，如果反置，则引线即使超过20m也能正常工作。本发明通过将三极管反置状态工作，实现了在高精度条件下对大尺度物体温度的测量，有效地克服了上述高精度大尺度物体测温的难点。经试验表明，采用本发明所制作的基于石英温度传感器的石英温度测量仪，其由石英温度传感器、振荡器、前置放大器集成在一起组成的温度探头的体积很小（其温度探头的体积为30×10×3mm，如果需要，还可以做的更小），其探头与由混频器、整形电路和基频振荡器和电源安装在一个盒体内而组成的主机连接的信号传输线的长度可达25m，并且在信号传输线的长度为25m时，其测量精度的误差≤±0.1℃。所以，本发明与现有技术相比，本发明不仅具有结构简单、测量物体尺度范围大、造价低的优点，而且还具有测量精度和工作可靠性都高的优点。 

附图说明  

图1是本发明的电路原理示意图。

附图1标记说明：1-石英温度传感器，2-振荡器，3-前置放大器，4-混频器，5-整形电路，6-基频振荡器，7-信号传输线，BG-三级管，R1-第一电阻，R2-第二电阻，R3-第三电阻，R4-第四电阻，C1-第一电容，C2-第二电容，C3-第三电容，C4-第四电容，E-电源，J1-插线接头，J2-插线接口。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。 

本发明的实施例：本发明的一种基于石英温度传感器的大尺度物体测温方法是在现有的基于石英温度传感器的石英温度测量仪的基础上进行改进实施的，该方法包括采用现有的由石英温度传感器1、振荡器2、前置放大器3、混频器4、整形电路5和基频振荡器6构成的石英温度测量仪来测量物体温度，在采用石英温度测量仪来测量物体温度时，预先将混频器4中的三极管BG进行反置连接，使混频器4中的三极管BG在工作时处于非放大工作状态，即当混频器4中的三极管BG为NPN型三极管时，将该NPN型三级管的发射极接电源的正极，将该NPN型三级管的集电极接电源的负极；当混频器4中的三极管BG为PNP型三极管时，将该PNP型三级管的发射极接电源的负极，将该PNP型三级管的集电极接电源的正极；然后将前置放大器3的电输出信号通过1米以上的信号传输线7连接到混频器4的信号输入端，这样即可采用石英温度测量仪来对大尺度的物体进行测温。 

根据上述方法构建的本发明的一种基于石英温度传感器的大尺度物体测温装置为：该装置包括现有的由石英温度传感器1、振荡器2、前置放大器3、混频器4、整形电路5和基频振荡器6构成的石英温度测量仪，其石英温度传感器1、振荡器2、前置放大器3、混频器4、整形电路5和基频振荡器6均采用现有技术中的成品模块进行连接组装成石英温度测量仪，制作时，对现有的由第一电阻R1～第四电阻R4四个电阻和一个三极管BG连接组成的混频器4进行改装，即将混频器4中的三极管BG进行反置连接，使混频器4中的三极管BG的工作状态为非放大工作状态；即当三极管BG为NPN型三极管时，将该NPN型三级管的发射极通过第三电阻R3与电源E的正极连接，将该NPN型三级管的集电极通过第四电阻R4接电源E的负极；当三极管BG为PNP型三极管时，将该PNP型三级管的发射极通过第三电阻R3与电源E的负极连接，将该PNP型三级管的集电极通过第四电阻R4接电源E的正极；三极管BG的基极与第一电阻R1和第二电阻R2的一端连接、并通过第一电容C1和信号传输线7与前置放大器3的电信号输出端连接，将第一电阻R1的另一端接电源E的正极并通过信号传输线7与前置放大器3按传统方式连接，将第二电阻R2的另一端接电源E的负极；将基频振荡器6的信号输出端通过第二电容C2和第四电阻R4接电源E的负极，将整形电路5的信号输入端按传统方式通过第三电阻R3接电源E的正极；制作时，其信号传输线7的长度可根据使用的需要制作成1～25米；为了达到更好的屏蔽干扰效果，可在整形电路5的信号输入端与电源E的负极之间连接一个第四电容C4，并在电源E的正极和负极之间连接有第三电容C3；为了在使用时，更加方便和测量精度更高，可将石英温度传感器1、振荡器2、前置放大器3按传统的集成电路制作方法将其集成在一块集成电路板上作为测量仪器的温度探头，并且将信号传输线7的一端按常规连接方式与前置放大器3连接，将信号传输线7的另一端连接一个插线接头J1，然后将混频器4、整形电路5和基频振荡器6和电源E都安装在一个盒体内作为测量仪器的主机，在盒体上安装一个用于与插线接头J1连接的插线接口J2，并且将插线接口J2的接线端分别与电源E和第一电容C1连接即成。 

制作时，所用的三极管BG最好采用NPN型三极管，该NPN型三极管可采用市场上出售的型号为3DG12的三级管，也可根据使用的方便和要求采用其它型号的NPN型三极管。其它元件采用贴片式元件进行组装。 

Claims (9)

1.一种基于石英温度传感器的大尺度物体测温方法，包括采用由石英温度传感器（1）、振荡器（2）、前置放大器（3）、混频器（4）、整形电路（5）和基频振荡器（6）构成的石英温度测量仪来测量物体温度，其特征在于：在采用石英温度测量仪来测量物体温度时，预先将混频器（4）中的三极管（BG）进行反置连接，使混频器（4）中的三极管（BG）在工作时处于非放大工作状态，然后将前置放大器（3）的电输出信号通过1米以上的信号传输线（7）连接到混频器（4）的信号输入端，这样即可采用石英温度测量仪来对大尺度的物体进行精确测温。

2.根据权利要求1所述的基于石英温度传感器的大尺度物体测温方法，其特征在于：所述将混频器（4）中的三极管（BG）进行反置连接时，其三极管（BG）为NPN型三极管时，将该NPN型三极管的发射极接电源的正极，将该NPN型三极管的集电极接电源的负极；其三极管（BG）为PNP型三极管时，将该PNP型三极管的发射极接电源的负极，将该PNP型三极管的集电极接电源的正极。

3.一种基于石英温度传感器的大尺度物体测温装置，包括由石英温度传感器（1）、振荡器（2）、前置放大器（3）、混频器（4）、整形电路（5）和基频振荡器（6）构成的石英温度测量仪，其混频器（4）由第一电阻（R1）～第四电阻（R4）四个电阻和一个三极管（BG）连接组成，其特征在于：混频器（4）中的三极管（BG）为反置连接，即混频器（4）中的三极管（BG）的工作状态为非放大工作状态；并且前置放大器（3）通过长度为1～25米的信号传输线（7）与三极管（BG）连接。

4.根据权利要求3所述的基于石英温度传感器的大尺度物体测温装置，其特征在于：三极管（BG）为NPN型或PNP型三极管，所述三极管（BG）为NPN型三极管时，该NPN型三极管的发射极通过第三电阻（R3）与电源（E）的正极连接，该NPN型三极管的集电极通过第四电阻（R4）接电源（E）的负极；所述三极管（BG）为PNP型三极管时，该PNP型三极管的发射极通过第三电阻（R3）与电源（E）的负极连接，该PNP型三极管的集电极通过第四电阻（R4）接电源（E）的正极；三极管（BG）的基极与第一电阻（R1）和第二电阻（R2）的一端连接、并通过第一电容（C1）和信号传输线（7）与前置放大器（3）的电信号输出端连接，第一电阻（R1）的另一端接电源（E）的正极并通过信号传输线（7）与前置放大器（3）连接，第二电阻（R2）的另一端接电源（E）的负极；基频振荡器（6）的信号输出端通过第二电容（C2）和第四电阻（R4）接电源（E）的负极，整形电路（5）的信号输入端通过第三电阻（R3）接电源（E）的正极。

5.根据权利要求3所述的基于石英温度传感器的大尺度物体测温装置，其特征在于：在整形电路（5）的信号输入端与电源（E）的负极之间连接有第四电容（C4）。

6.根据权利要求3所述的基于石英温度传感器的大尺度物体测温装置，其特征在于：在电源（E）的正极和负极之间连接有第三电容（C3）。

7.根据权利要求3所述的基于石英温度传感器的大尺度物体测温装置，其特征在于：石英温度传感器（1）、振荡器（2）、前置放大器（3）集成在一块集成电路板上，并且由前置放大器（3）引出信号传输线（7），在信号传输线（7）的引出端连接有插线接头（J1），混频器（4）、整形电路（5）和基频振荡器（6）和电源（E）都安装在一个盒体内，在盒体上设有用于与插线接头（J1）连接的插线接口（J2），并且插线接口（J2）的接线端分别与电源（E）的正极、负极和第一电容（C1）连接。

8.根据权利要求3所述的基于石英温度传感器的大尺度物体测温装置，其特征在于：三极管（BG）为NPN型三极管。

9.根据权利要求8所述的基于石英温度传感器的大尺度物体测温装置，其特征在于：三极管（BG）的型号为3DG12。