CN1188676C - 一种测量特定温度值的方法 - Google Patents
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Abstract
一种测量特定温度值的方法，用已知阻值的精密电阻器R1、R2与合金材料构成的电阻器RA、RB一起构成一个惠斯通电桥，其中电阻器RA、RB为第一对比例臂，电阻器R1、R2为第二对比例臂；电源信号加在两个并联的第一对、第二对比例臂之间，还包括一个连接于第一、第二比例臂中间点的电位比较器1；电阻器RA阻值在一定的温度范围内随温度变化的系数为a，电阻器RB的阻值随温度变化的系数为b，且b大于a；所述电位比较器1检测到电阻器RB上的电位与电阻器R2上的电位相等时输出一个开关信号，此时温度变化值ΔT与常温之和就是预设的特定温度值。
Description
技术领域
本发明属于一种测量特定温度值的方法，特别是利用合金电阻值随温度变化的特性测定温度的方法。
技术背景
传统的测温特别是对较高温度环境的测量通常采用热电偶、红外感光、热敏器件等，其测量的响应时间长，一般达到秒级；测量点具有局限性，误差大，并且很难做到与信号输出系统的电位隔离；特别是在轨道交通等振动及风力散热的情况下，热电偶及红外感光探头很难做到测量点的可靠性和准确性。
发明内容
本发明的目的，就是针对现有测温手段存在的不足，为温度保护控制技术提供一种快速、准确、可靠的测量特定温度值的方法。
它通过直接反映温度变化的合金材料电阻的阻值随温度上升的关系，将合金电阻与外接的已知电阻构成一个桥式电路来准确反映合金电阻的实际温度，响应速度达到微秒级。
选择两个由合金材料构成的电阻器RA、RB，在一定的温度范围内，该电阻器RA阻值随温度变化的系数为a，电阻器RB的阻值随温度变化的系数为b；所述的电阻器RB阻值随温度变化的系数大于电阻器RA阻值随温度变化的系数，即b大于a；用已知阻值的精密电阻器R1、R2与电阻器RA、RB一起构成一个惠斯通电桥，其中电阻器RA、RB为第一对比例臂，电阻器R1、R2为第二对比例臂；电源信号加在两个并联的第一对、第二对比例臂之间；还包括一个连接于第一、第二比例臂中间点的电位比较器1，在常温下(如20℃)，电阻器RA、RB的阻值分别已知为RA、RB；电阻器RB上的电位小于电阻器R2上的电位，使温度变化值为ΔT时，电阻器RB上的电位与电阻器R2上的电位相等；所述电位比较器1检测到电阻器RB上的电位与电阻器R2上的电位相等时输出一个开关信号，此时温度变化值ΔT与常温之和就是预设的特定温度值。
合金材料可以采用Cr20Ni40，其电阻变化率为3％每100℃，Cr20Ni80，其电阻变化率为1％每100℃。
附图说明
图1为本发明原理图。
具体实施方式
如图1所示，选择两个由合金材料构成的电阻器RA、RB，在一定的温度范围内，该电阻器RA阻值随温度变化的系数为a，电阻器RB的阻值随温度变化的系数为b；所述的电阻器RB阻值随温度变化的系数大于电阻器RA阻值随温度变化的系数，即b大于a；用已知阻值的精密电阻器R1、R2与电阻器RA、RB一起构成一个惠斯通电桥，其中电阻器RA、RB为第一对比例臂，电阻器R1、R2为第二对比例臂；电源信号加在两个并联的第一对、第二对比例臂之间；还包括一个连接于第一、第二比例臂中间点的电位比较器1，在常温下(如20℃)，电阻器RA、RB的阻值分别为RA、RB；电阻器RB上的电位小于R2上的电位，使温度变化值为ΔT时，电阻器RB上的电位与电阻器R2上的电位相等；所述电位比较器1检测到电阻器RB上的电位与电阻器R2上的电位相等时输出一个开关信号，此时温度变化值ΔT与常温之和就是预设的特定温度值。
在一定的温度范围内，当环境温度变化ΔT时，电阻器RA、RB的电阻值RA′、RB′分别满足：
RA′＝RA+ΔTa
RB′＝RB+ΔTb
其中RA、RB为电阻器RA、RB在常温下已知的电阻值。
精密电阻器R1、R2之阻值已知并可以忽略其随环境温度变化而产生的阻值变化。由于b大于a，通过对电阻器R1、R2、RA、RB的电阻值的搭配，使得当环境温度低于设定温度值时，电阻器RB的上的压降小于电阻器R2上的压降；当环境温度高于或等于设定温度值时，电阻器RB上的压降大于或等于R2上的压降；同时电位比较器1检测到该变化，输出一个开关信号，该开关信号的动作时刻即是环境温度达到设定值的时刻。
在动作点有以下等式成立：
RA′/RB′＝R1/R2
其中：
RA′＝RA+ΔTa
RB′＝RB+ΔTb，因此以下等式成立：
(RA+ΔTa)/(RB+ΔTb)＝R1/R2
于是：
ΔT＝(R2RA-R1RB)/(bR1-aR2)
这样ΔT就成为一个确定的数值，温度变化值ΔT与常温之和就是预设的特定温度值。
如电阻器RB采用合金材料Cr20Ni40(镍铬合金)，其电阻变化率a为3％每100℃，电阻器RA采用合金材料Cr20Ni80(镍铬合金)，其电阻变化率b为1％每100℃。常温下取电阻器R1、R2的阻值为R1＝103.4、R2＝99.93、RA＝0.0442、RB＝0.0385，则温度变化值ΔT＝600、温度变化值ΔT与常温之和为620℃。
又如常温下取电阻器R1、R2的阻值为R1＝102.79 、R2＝97.21、RA＝0.0445、RB＝0.0377，则温度变化值ΔT＝620、温度变化值ΔT与常温之和为640℃。以上电阻值单位均为欧姆。
根据以上方法制成的超温保护或监测装置具有响应时间快、准确可靠的优点。
Claims (3)
1、一种测量特定温度值的方法，其特征在于用已知阻值的精密电阻器(R1)、电阻器(R2)与合金材料构成的电阻器(RA)、电阻器(RB)一起构成一个惠斯通电桥，其中电阻器(RA)、电阻器(RB)为第一对比例臂，电阻器(R1)、电阻器(R2)为第二对比例臂；电源信号加在两个并联的第一对、第二对比例臂之间，还包括一个连接于第一、第二比例臂中间点的电位比较器(1)；所述电阻器(RA)阻值在一定的温度范围内随温度变化的系数为a，所述电阻器(RB)的阻值随温度变化的系数为b；所述的电阻器(RB)阻值随温度变化的系数大于电阻器(RA)阻值随温度变化的系数，即b大于a；所述电位比较器(1)检测到电阻器(RB)上的电位与电阻器(R2)上的电位相等时输出一个开关信号，此时温度变化值ΔT与常温之和就是预设的特定温度值。
2、如权利要求1的一种测量特定温度值的方法，其特征在于所述电阻器(RA)、电阻器(RB)是采用镍铬合金材料构成的电阻器。
3、如权利要求1的一种测量特定温度值的方法，其特征在于所述电阻器(RA)采用Cr20Ni80合金材料电阻器、电阻器(RB)是采用Cr20Ni40合金材料电阻器。
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