CN111103328A - 一种恒压测量精密热电偶电阻的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种精密电阻检测技术，特别是涉及一种恒压测量精密热电偶电阻的装置及测量方法。该测量装置包括测量端子、设置壳体外部的用于采集测量热电偶的电压值并进行转换且与测量端子连接的信号采集单元、设置在壳体内部用于对输入的交流电进行直流转换的电源转换单元，信号采集单元的一个输入端与转换开关的一个静触头连接，信号采集单元的另一个输入端与可调变阻器的一端连接，转换开关的另一个静触头通过显示单元与可调变阻器和信号采集单元连接的一端连接，转换开关的动触头通过电源转换单元与可调变阻器的另一端连接。使用本发明提供的装置及本发明提供的方法在不断开热电偶回路的情况下测量，避免出现接触不良导致测量误差较大的问题。

Description

一种恒压测量精密热电偶电阻的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种精密电阻检测技术，特别是涉及一种恒压测量精密热电偶电阻的装置及测量热电偶电阻的方法。

背景技术：

热电偶是一种测量温度的精密传感器，其输出热电势随温度的变化而变化，通过测量其输出热电势的大小，判断相对应的温度。而热电偶电阻值的变化，又会影响电路中输出热电势的大小，测量热电偶的电阻值，是为了判明热电偶的电极是否良好。热电偶电极由良好到折断有一个发展过程，一般先出现裂纹，裂纹的程度是随着使用时间增长而逐渐加深的。而裂纹加深的过程中，热电偶的电阻值会随着电极裂纹程度的加深而逐渐增加。

测量热电偶的电阻值，可以直接测量，也可以间接测量。直接测量热电偶的电阻值，需先把热电偶在回路的任一处断开，用精确的低阻表进行测量。实际证明，若某个热电偶的电阻值增大到0.008Ω，一般是热电偶有裂纹。这种测量需要断开线路，既不方便，又增加了新的问题，如接触不良的可能性，所以一般采用间接测量热电偶的电阻值。

公开号为CN 101551279 B的专利文献公开了一种多路热电偶信号采集测量装置，包括：多路开关、信号调理单元、数据采样单元、微控制单元、残余信号清除单元。其中残余信号清除单元，用于在所述数据采样单元采样所述信号调理单元输出的热电偶信号的采样时刻前清除电路残余信号。采用本发明提供的方案，通过在对热电偶信号进行采样之前清除电路的残余信号，避免了前一时刻采样后的电路残余信号对当前采样时刻采样数据的干扰，减少了相邻通道间的相互干扰，从而提高了对热电偶信号采集测量的准确度和测量速度，易于满足对热电偶信号快速准确测量的市场竞争需求。该测量装置需要对线路之间的干扰进行的研究并提出了解决方案，但是针对本申请提出的对热电偶的电阻值进行不间断进行采集测量的疑问并没有给出相关技术方案。对本申请提出的技术问题没有帮助。

公开号为CN209102229U的专利文献公开了一种热电偶测温仪，包括 DC/DC隔离模块、LED、LDO、MCU、测温芯片、热电偶、显示屏、光耦和 USB接口，所述DC/DC隔离模块的电源输入端通过电感L1与USB接口的供电端连接，USB接口的接地端进行接地，DC/DC隔离模块的电源输出端通过电感 L2与LDO的输入端连接；LDO的输出端与测温芯片的电源端连接，测温芯片的输入端连接热电偶，测温芯片的接地端接地，测温芯片的输出端与MCU的数据输入端连接；LDO的输出端还与MCU的电源端连接，MCU的第一输出端与显示屏连接，MCU的第二输出端与光耦的输入端连接。该测量仪直接通过测温芯片对热电偶进行温度测量，结构较复杂，制作成本高，不易推广使用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题提供一种结构简单、通过采用恒压测量的方法，实现了在不断开热电偶回路的情况下，对热电偶阻值进行测量的恒压测量精密热电偶电阻的装置及方法。

本发明的技术方案是：

一种恒压测量精密热电偶电阻的装置，包括壳体，设置在壳体外部的测量端子，还包括用于采集测量热电偶的电压值并进行转换且与测量端子连接的信号采集单元、设置在壳体内部用于对输入的交流电进行直流转换的电源转换单元，所述的信号采集单元的一个输入端与转换开关的一个静触头连接，所述的信号采集单元的另一个输入端与可调变阻器的一端连接，所述的转换开关的另一个静触头通过显示单元与可调变阻器和信号采集单元连接的一端连接，所述的转换开关的动触头通过电源转换单元与可调变阻器的另一端连接。

具体的，所述显示单元为对测量端的热电偶的热电势进行显示的毫伏表，所述的毫伏表精度为0.1mv。

具体的，所述的信号采集单元包括测量热电偶的电压值并根据电压值与温度的关系转换为温度显示的温度指示器，所述的温度指示器与待测热电偶并联连接。

具体的，所述转换开关为双向开关。

具体的，所述的电源转换单元对输入的220V、50Hz交流电转换为1.5V直流电。

具体的，所述的可调变阻器的可调范围为0到30欧。

使用如上所述的一种恒压测量精密热电偶电阻的装置进行测量热电偶电阻的方法包括如下步骤：S1、对待测热电偶进行原始热电势数据的测量，首先调整可调变阻器并结合显示单元的显示对检测电路的电压进行调节，确定原始电压数据值，并记录此时温度指示器的数值A1；S2、通过转换开关的触头转换对待测热电偶进行测量，将测量端子分别搭接在待测热电偶的端点处测量端子连接；S3、通过信号采集单元对被测热电偶的热电势进行检测，并通过信号采集单元上的温度指示器对待测热电偶的热电势进行温度转换并显示，并记录此时温度指示器的数值A2；S4、通过温度指示器的记录的数值A1和数值A2进行比较，得出增加的数值，并根据增加的数值，判断热电偶电极有无裂纹、裂纹的程度是否严重。

具体的，所述的步骤S1中，对待测热电偶进行原始热电势数据的测量的过程中，为了增加测量准确性，需要取多个热电偶进行测量，并求取平均值。

温度是对物体样本中粒子平均动能的测量方式，其标准单位是“度”，温度可以通过不同方法进行测量，测量的成本和精确度也因此各不相同，热电偶就是其中一种常见的测量温度的传感器，因为热电偶相对而言价格便宜而且精度高，并且其测量范围相对较宽。在对热电偶进行测量时，由于热电偶热电压如果直接连到测量系统上会产生附加温差电路，因此不能直接通过简单地同电压表或者其他测量系统连接而进行测量。对于热电偶的故障判别方法，一般是把热电偶从仪表热电偶输入端拆下，再用任何一根导线把仪表热电偶输入端短路。通电时，仪表上排数码管显示值约为室温时，说明热电偶内部连线开路，应更换同类型热电偶。若还是以上所说的状况，说明仪表在运输过程中，仪表的输入端被损坏，要调换仪表；把上述故障仪表的热电偶拆去，换用旁边运行正常的同种分度号仪表上接入的热电偶，通电后，原故障仪表上排数码管显示发热体温度时，说明热电偶连线开路，更换同类型热电偶；把有故障的热电偶从仪表上拆下来，用万用表放在测量欧姆(R)*1档，用万用表两表棒去测热电偶两端，若万用表上显示的电阻值很大，说明热电偶内部连接开路，更换同类型热电偶，否则有一定阻值，说明仪表输入端有问题，应更换仪表；按照仪表接线图接线正确，若仪表通电后，仪表上排数码管显示有负值等现象，说明接入仪表的热电偶“+”与“—”接错而造成的。只要重新调换一下即可；接线正确仪表在运行时，仪表上排数码管显示的温度与实际测量的温度相差40度～70度。甚至相差更大，说明仪表的分度号与热电偶的分度号搞错。按热电偶分度号B、 S、K、E等热电偶的温度与毫伏(MV)值的对应关系来看，同样温度的情况下，产生的毫伏值(MV)B分度号最小，S分度号次小，K分度号较大，E分度号最大，按照此原理来判别。

人们根据这个思想想到的都是需先把热电偶在回路的任一处断开，这样对于测量存在一定的风险的同时影响工作，既不方便，又增加了新的问题，如接触不良的可能性，所以一般采用间接测量热电偶的电阻值。但是目前并没有一种成熟的方案是在不断开回路的情况下进行的，所以本发明具有突破性，解决了人们一直渴望解决但是始终未能获得成功的技术难题，具有突出的实质性特点和显著的进步。

本发明的有益效果是：1、该测量装置包括电源转换单元，信号采集单元，显示单元，可调变阻器，转换开关，使用该测量装置及该测量方法实现了在不断开热电偶回路的情况下，对热电偶阻值进行测量，避免了直接测量中出现因接触不良导致测量误差较大的问题；2、本发明通过调整可调变阻器，对信号采集电路进行补偿，确保每次测量前显示电路显示的值是相同的，增加了测量的准确性；3、本发明通过测量端子直接与被测热电偶的两端连接，操作方便快捷，不用对热电偶回路进行断开检测；4、本发明通过信息采集电路检测的热电势数值与被测热电偶的原始指示数值进行比较，得出增加的数值，并根据增加的数值，判断热电偶电极有无裂纹、裂纹的程度是否严重，方便快捷，结构简单，操作方便，测量准确。

附图说明

图1为恒压测量精密热电偶电阻装置的结构示意图；

图2为恒压测量精密热电偶电阻测量的原理图；

图3为恒压测量精密热电偶电阻装置测量时的连接结构示意图。

1信号采集单元、2显示单元、3转换开关、4可调变阻器、5电源转换单元、6 测量端子。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。

实施例1

如图1所示为本实施例提供的一种恒压测量精密热电偶电阻的装置的结构示意图，包括壳体，设置在壳体外部的测量端子6，还包括用于采集测量热电偶的电压值并进行转换且与测量端子连接的信号采集单元1、设置在壳体内部用于对输入的交流电进行直流转换的电源转换单元5，所述的信号采集单元1包括测量热电偶的电压值的信号采集电路及根据电压值与温度的关系转换为温度显示的温度指示器，所述的温度指示器与待测热电偶并联连接。所述的信号采集单元1的一个输入端与双向转换开关3的一个静触头连接，所述的信号采集单元1 的另一个输入端与可调变阻器4的一端连接，所述的转换开关3的另一个静触头通过显示单元与可调变阻器4和信号采集单元1连接的一端连接，所述的转换开关3的动触头通过电源转换单元与可调变阻器4的另一端连接。所述显示单元2为对测量端的热电偶的热电势进行显示的毫伏表，所述的毫伏表精度为 0.1mv。本实施例所述的精密热电偶在冷状态下的电阻值为0.4土0.015欧。

所述的电源转换单元对输入的220V、50Hz交流电转换为1.5V直流电。所述的可调变阻器4的可调范围为0到30欧。

如附图2所示为本实施例提供的恒压测量精密热电偶电阻的装置的测量原理图，温度指示器7，其阻值为R_采，温度指示器7的指示值随热电偶电阻阻值的变化而变化。使用于机载设备上为了测量准确本实施例对另外三个热电偶的电阻进行测量，待测热电偶的电阻为R₁，四个热电偶的电阻值分别为R1、R₂、 R₃、R₄，取R₁、R₂、R₃、R₄平均值，R_内是检测电路内阻。在被测热电偶上加一电源后，温度指示器7就会有指示，当外加电源电势E不变，如果被测热电偶电极有了裂纹，则温度指示器7的指示就会增加，根据增加的指示数值，就可判明热电偶电极有无裂纹、裂纹的程度是否严重。

在测量某一热电偶时，被测热电偶R₁与其它三个热电偶R₂、R₃、R₄和指示器 R_采是并联的。并联电路的总电阻R_总是：

并联电路的总电流(I_总)为：

加在被测热电偶两端的电源(U_端)为：

U_端＝E-E_内 (1—3)

当被测热电偶有裂纹时，它的电阻值增加。由式子(1—1)可知，总电阻R_总就增大；由式子(1—2)可知，总电流I_总就会减小。由于电源电势E和内电阻R_内是不变的，因此I_总减小后，内压降U_内就会降低(U_内＝I_总R_内)。U_内降低了，由式子(1—3)可知，U_端就会升高，相应的指示器的指示就会增加。

实施例2

本实施例2提供使用本发明提供的恒压测量精密热电偶电阻的装置的测量方法，进行测量时，首先，需要进行对待测热电偶进行原始热电势数据的测量，其连接示意图如图3所示，为了测量准确性，同时取另外三个热电偶进行测量并取其电阻的平均值，需要将转换开关的动触头3扳到静触头“1”位置(连接头一)，调整可调变阻器4，确定原始电压数据值B，使显示单元的毫伏表2(mv) 指到确定的电势数值为原始数据B时，即第一次测量时毫伏表2的指示数值，以后每次测量前都要调整可调变阻器4，使毫伏表2指示同样的数值B，并记录此时温度指示器7的数值A1；然后进行具体检测操作，需要将测量端子6分别搭接在被测热电偶的端点处，然后将转换开关动触头3扳到静触头“2”(连接头二)位置，进行测量，调整可调变阻器4，使毫伏表2指示同样的数值B，通过信号采集单元1对被测热电偶的热电势进行检测，并通过信号采集单元1上的温度指示器7对待测热电偶的热电势进行温度转换并显示，并记录此时温度指示器7的数值A2，并与第一次测量时的指示数值(原始数据)比较，看有无变化，得出增加的数值，并根据增加的数值，判断热电偶电极有无裂纹、裂纹的程度是否严重。

实际测量时，将测量端子6分别搭接在被测热电偶的端点处(1、2(或3)”，“2(或3)、4(或5)”、“4(或5)、6(或7)”，“6(或7)、8…”上)，可以测一个，也可以同时测多个，测量多个热电偶时，2(或3)、4(或5)、“4(或5)、 6(或7)”，“6(或7)表示串联连接的两个热电偶的串联端。

在测量过程中，注意测量端子6的“+”、“-”极性，避免接反；测量过程中，不能对可调变阻器4的阻值进行改变，通过信号采集单元1对被测热电偶的热电势进行检测，并通过信号采集单元1的温度指示器7对被测热电偶的热电势进行进行转化为温度值并显示，通过信息采集单元1检测的热电势数值的温度值与被测热电偶的原始热电势指示数值的温度值进行比较，A2-A1得出增加的数值，若增加的数值为零则被测热电偶没有损坏，若增加的数值大于5℃，则被测热电偶电阻值的增量大于0.008Ω，则被测热电偶存在裂纹，若毫伏表2(mv) 的指针靠在最大限制柱上，则被测热电偶已断，应迅速将表笔移开。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (8)

1.一种恒压测量精密热电偶电阻的装置，包括壳体，设置在壳体外部的测量端子（6），其特征在于，还包括用于采集测量热电偶的电压值并进行转换且与测量端子连接的信号采集单元（1）、设置在壳体内部用于对输入的交流电进行直流转换的电源转换单元（5），所述的信号采集单元（1）的一个输入端与转换开关（3）的一个静触头连接，所述的信号采集单元（1）的另一个输入端与可调变阻器（4）的一端连接，所述的转换开关（3）的另一个静触头通过显示单元（2）与可调变阻器（4）和信号采集单元（1）连接的一端连接，所述的转换开关（3）的动触头通过电源转换单元与可调变阻器（4）的另一端连接。

2.根据权利要求1所述恒压测量精密热电偶电阻的装置，其特征在于，所述显示单元（2）为对测量端的热电偶的热电势进行显示的毫伏表，所述的毫伏表精度为0.1mv。

3.根据权利要求1所述恒压测量精密热电偶电阻的装置，其特征在于，所述的信号采集单元（1）包括测量热电偶的电压值并根据电压值与温度的关系转换为温度显示的温度指示器（7），所述的温度指示器（7）与待测热电偶并联连接。

4.根据权利要求1所述恒压测量精密热电偶电阻的装置，其特征在于，所述转换开关（3）为双向开关。

5.根据权利要求1所述恒压测量精密热电偶电阻的装置，其特征在于，所述的电源转换单元（5）对输入的220V、50Hz交流电转换为1.5V直流电。

6.根据权利要求1所述恒压测量精密热电偶电阻的装置，其特征在于，所述的可调变阻器（4）的可调范围为0到30欧。

7.使用如上1-6任意权利要求所述的恒压测量精密热电偶电阻的装置进行热电偶电阻的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、对待测热电偶进行原始热电势数据的测量，首先调整可调变阻器（4）并结合显示单元（2）的显示对检测电路的电压进行调节，确定原始热电势数据值，并记录此时温度指示器（7）的数值A1；

S2、通过转换开关3的触头转换对待测热电偶进行测量，将测量端子（6）分别搭接在待测热电偶的端点处测量端子连接；

S3、通过信号采集单元（1）对被测热电偶的热电势进行检测，并通过信号采集单元（1）上的温度指示器（7）对待测热电偶的热电势进行温度转换并显示，并记录此时温度指示器（7）的数值A2；

S4、通过温度指示器（7）的记录的数值A1和数值A2进行比较，得出增加的数值，并根据增加的数值，判断热电偶电极有无裂纹、裂纹的程度是否严重。

8.根据权利要求7所述使用一种恒压测量精密热电偶电阻的装置进行热电偶电阻的测量方法，其特征在于，所述的步骤S1中，对待测热电偶进行原始热电势数据的测量的过程中，为了增加测量准确性，需要取多个热电偶进行测量，多个热电偶串联连接，并求取平均值。

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