CN103674327B - 一种热电阻温度自动校验仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种热电阻温度自动校验仪，它是模拟现场使用的热电阻温度传感器，对热电阻温度测量仪表进行出厂自动校验或维修后的热电阻温度测量仪表的测量误差进行校正，从而提高热电阻温度测量仪表的测量精度。
Description
（一）技术领域：
本发明涉及一种热电阻温度自动校验仪，它是模拟现场使用的热电阻温度传感器，对热电阻温度测量仪表进行出厂自动校验或维修后的热电阻温度测量仪表的测量误差进行校正，从而提高热电阻温度测量仪表的测量精度。
（二）背景技术：
工业生产中广泛使用热电阻温度测量仪表，对生产过程中的温度进行测量，如果生产过程中发生热电阻温度测量仪表故障，导致仪表的显示值错误，轻则产品全部报废，重则产品和生产设备都要报废，因此须经常对热电阻温度测量仪表进行校验，判断该热电阻温度测量仪表是否存在故障，以便及时处理。现有的温度校验仪表主要采用热电阻模拟器，但热电阻模拟器中采用的电阻精度不高，否则若采用标准的电阻不但笨重而且昂贵难普及。
（三）发明内容：
热电阻温度测量仪表的校验，现有均采用热电阻模拟器或电阻箱通过手动操作机械式转换开关，模拟热电阻温度传感器的多种电阻值，逐点手工校验现场使用的热电阻温度测量仪表，检测其是否存在故障，它不但操作程序复杂而且精度差，难以实现温度测量的精确校验。本发明介绍一种热电阻温度自动校验仪，它具有精度高和电子电路简单的特点，主要用于热电阻温度测量仪表的出厂校验或对维修后的热电阻温度测量仪表进行校验，校正其测量误差。
所述一种热电阻温度自动校验仪它由恒流源电路、电阻模块、继电器驱动模块、信号调理电路、A/D转换器、单片机模块、非易失存储器、显示器和键盘组成。其中高精度的恒流源电路是采用标准电池作为集成运算放大器的基准电压源，电阻模块由一只标准电阻和6至40只精密线绕电阻及继电器组成，它由继电器驱动模块驱动选通作为模拟热电阻用。采用标准电池、标准电阻和精密线绕电阻是为了提高热电阻温度校验仪的精度，其中标准电池也可以根据热电阻温度校验仪精度要求采用精度稍低的REF195、MC1403等基准电压IC组成的基准电压源；精密线绕电阻也可以采用经过筛选的精密金属膜电阻等电阻代替。所述信号调理电路是让输入信号满足A/D转换器输入的要求，即提供电压的转换、输入范围及滤波放大等，如果A/D转换器输入阻抗不高还得进行阻抗变换。电阻模块中每一只精密线绕电阻分别对应热电阻分度表中的某个温度点，也可以多只并联对应一个温度点，该温度点的设置是依据热电阻分度表的电阻温度曲线进行逼近曲线的分段非线性校正，在每一段的头尾和中间取2至数个温度点。通常铂热电阻分度表分8段即可满足一般精度要求。根据所采用热电阻分度表的不同，其温度点的设置也可以通过电脑或通过键盘完成。
所述热电阻温度校验仪在每次校验时，在单片机模块中的单片机控制下先通过继电器驱动模块选通电阻模块与恒流源电路连接，进行精密线绕电阻的真实电阻值确定，它是依序对电阻模块中的标准电阻和各精密线绕电阻使之与恒流源电路接通，当恒定的电流信号通过标准电阻时获得电压信号，然后在单片机的控制下每一只精密线绕电阻均依序与恒流源电路相接也获得的电压信号，上述电压信号经信号调理电路、A/D转换器转换成数字量送单片机模块处理和保存。由于上述过程在短时间内完成，因此信号调理电路所提供的放大倍数不变，同时由于标准电阻的电阻值、恒流源电路提供的电流信号均为确定值，以及从精密线绕电阻和标准电阻上获得的电压信号之间的比例关系可求得，因此每一只精密线绕电阻的真实电阻值容易求出：
K=NVi/NV0=NRiI/NR0I=Ri/R0
Ri=KR0
式中：
K为电压信号之间的比例系数；
N为信号调理电路的放大倍数；
V0为标准电阻上获得的电压信号；
R0为标准电阻；
Vi为精密线绕电阻上获得的电压信号；
Ri为精密线绕电阻；
上式由单片机计算即得到精密线绕电阻的真实电阻值，然后查热电阻分度表获得真实温度值，每次校验时各个真实电阻值及其对应的真实温度值均暂时保存在非易失存储器中。当获得的真实电阻值不在热电阻分度表中时，则令不在热电阻分度表中的真实电阻值为Ru,经单片机模块中单片机查热电阻分度表获得大于Ru的表中相邻电阻值Rub及对应的温度值Tub2，和小于Ru的表中相邻电阻值Rua及对应的温度值Tub1，令Ki为不在表中的真实电阻值Ru的增量系数：
Ki=（Ru-Rua）/（Rub-Rua）…………………1
则有该不在表中的真实电阻值Ru对应的真实温度值Tts为：
Tts=Tub1+Ki*（Tub2-Tub1）……………….2
式中：
Ru----不在热电阻分度表中的真实电阻值；
Rua----热电阻分度表中小于Ru的相邻电阻值；
Rub----热电阻分度表中大于Ru的相邻电阻值；
Tts----真实电阻值Ru对应的真实温度值；
Tub1----Rua对应的温度值；
Tub2----Rub对应的温度值。
当所述精密线绕电阻经单片机计算得到真实电阻值，如果它与精密线绕电阻的标称电阻值之差超出精密线绕电阻误差范围，需再重复测量该精密线绕电阻，如果多次测量仍然超差应更换精密线绕电阻，以使所设置的温度校验点准确。
当获得各精密线绕电阻的真实电阻值及其真实温度值后，在单片机的控制下通过继电器驱动模块选通电阻模块与热电阻温度测量仪表连接，当精密线绕电阻模拟热电阻送入被校验的热电阻温度测量仪表时，获得一测量温度值它与精密线绕电阻得到的真实温度值之差即为测量误差值，每次校验时各个真实电阻值及其对应的真实温度值均暂时保存在非易失存储器中它通过RS232送入热电阻温度测量仪表供测量时补偿用。
（四）附图说明：
附图是一种热电阻温度自动校验仪的电路结构方框图。
（五）具体实施方式：
一种热电阻温度自动校验仪，其电路结构如附图所示，它由电源10、恒流源电路1、电阻模块2、继电器驱动模块3、信号调理电路4、A/D转换器5、单片机模块6、非易失存储器7、键盘8和显示器9组成。其中单片机模块6包含74HC373作锁存器的地址总线扩展电路以提供继电器驱动模块3的选通信号。恒流源电路1由基准电压源、集成运算放大器组成，基准电压源选择温度系数很好的REF195。电阻模块2由24只RX71系列精密线绕电阻构成，继电器驱动模块3提供各继电器线圈的工作电流，其驱动信号由单片机模块6提供，当电阻模块2通过继电器选通恒流源电路1时，用于求出电阻模块2各精密线绕电阻的真实电阻值；当电阻模块2通过继电器选通热电阻温度测量仪表时，用于模拟热电阻计算测量误差值。
Claims (2)
1.一种热电阻温度自动校验仪，其特征是它包含电阻模块、继电器驱动模块，其中高精度的恒流源电路是采用标准电池作为集成运算放大器的基准电压源，电阻模块中每一只精密线绕电阻分别对应热电阻分度表中的某个温度点，或多只并联对应一个温度点，该温度点的设置是依据热电阻分度表的电阻温度曲线进行逼近曲线的分段非线性校正，在每一段的头尾和中间取2至数个温度点，根据所采用热电阻分度表的不同，其温度点的设置能够通过电脑或通过键盘完成；
每次校验时，在单片机模块中的单片机控制下先通过继电器驱动模块选通电阻模块与恒流源电路连接，进行精密线绕电阻的真实电阻值确定，它是依序对电阻模块中的标准电阻和各精密线绕电阻使之与恒流源电路接通，当恒定的电流信号通过标准电阻时获得电压信号，然后在单片机的控制下每一只精密线绕电阻均依序与恒流源电路相接获得电压信号，上述电压信号经信号调理电路、A/D转换器转换成数字量送单片机模块处理和保存，由于标准电阻的电阻值、恒流源电路提供的电流信号均为确定值，以及从精密线绕电阻和标准电阻上获得的电压信号之间的比例关系可求得，因此每一只精密线绕电阻的真实电阻值容易由单片机计算得到，然后查热电阻分度表获得真实温度值；当获得的真实电阻值不在热电阻分度表中时，则令不在热电阻分度表中的真实电阻值为Ru,经单片机模块中单片机查热电阻分度表获得大于Ru的表中相邻电阻值Rub及对应的温度值Tub2，和小于Ru的表中相邻电阻值Rua及对应的温度值Tub1，令Ki为不在表中的真实电阻值Ru的增量系数：
Ki＝(Ru-Rua)/(Rub-Rua)…………………1
则有该不在表中的真实电阻值Ru对应的真实温度值Tts为：
Tts＝Tub1+Ki*(Tub2-Tub1)……………….2
式中：
Ru----不在热电阻分度表中的真实电阻值；
Rua----热电阻分度表中小于Ru的相邻电阻值；
Rub----热电阻分度表中大于Ru的相邻电阻值；
Tts----真实电阻值Ru对应的真实温度值；
Tub1----Rua对应的温度值；
Tub2----Rub对应的温度值；
当获得各精密线绕电阻的真实电阻值及其真实温度值后，在单片机的控制下通过继电器驱动模块选通电阻模块与热电阻温度测量仪表连接，当精密线绕电阻模拟热电阻送入被校验的热电阻温度测量仪表时，获得一测量温度值，它与精密线绕电阻得到的真实温度值之差即为测量误差值，每次校验时各个真实电阻值及其对应的真实温度值均暂时保存在非易失存储器中，通过RS232送入热电阻温度测量仪表供测量时误差补偿用。
2.根据权利要求1所述的一种热电阻温度自动校验仪，其特征在于它包括：
电源(10)、恒流源电路(1)、电阻模块(2)、继电器驱动模块(3)、信号调理电路(4)、A/D转换器(5)、单片机模块(6)、非易失存储器(7)、键盘(8)和显示器(9)组成，其中继电器驱动模块(3)提供各继电器线圈的工作电流，其驱动信号由单片机模块(6)提供，当电阻模块(2)通过继电器选通恒流源电路(1)时，用于求出电阻模块(2)各精密线绕电阻的真实电阻值；当电阻模块(2)通过继电器选通热电阻温度测量仪表时，用于模拟热电阻计算测量误差值。
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