CN204115913U - 一种智能型铂电阻温度测量校验仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种智能型铂电阻温度测量校验仪，交直流转换及振荡电路将220V交流电转换为12V直流工作电源，由六非门集成块为主组成RC0.2Hz的环形振荡器，再经复合三极管功率放大后，控制继电器的上电和失电；铂电阻温度校验电路主要由电阻和电位器组成的温度测试电桥，被检铂电阻Rc和标准铂电阻Rt置于加热炉内，Rc和Rt经继电器的常开、常闭结点选择性与温度测试电桥连通，再经集成运算放大器组成的电路进行功率放大，输出的模拟信号经A/D转换器送至单片机。本实用新型能对Rc和Rt进行自动切换，并运用同一通道对信号进行放大并送入单片机，具有制作成本低、测试精度高的特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及对铂电阻进行校验的电子装置，特别是对铂电阻的电阻、电压以及温度等参数进行校验的电子仪器。
背景技术
现在，有如水银温度计以体积变化，有如热电偶利用材料温差进行温度测量的多种方式。但这些方式要么温感范围窄、要么测试精度低，难于满足电力系统开关、变压器等重大设备的高温、精确监测和控制要求，根据物理性质的分析和测量考查，得知铂电阻随温度变化响应快、精度高、性能稳定，是测量控制系统中的理想器件，故被重点选用。
铂电阻是正温系数传感器，阻值随温度作同步上升与下降，利用这一特点，进行温度采集测量。
铂电阻测温仪已在电力系统中广泛应用，但随着电磁感应、温差变化、外力冲击等，将对性能产生影响，为此，本实用新型人要在测温的基础上，设计更高标准的校验仪器，定期进行检测，以便做出铂电阻质量优劣的分析判断。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种精度高、价格低的智能型铂电阻温度测量校验仪。
本实用新型的目的是这样实现的：一种铂电阻温度测量校验仪，交直流转换及振荡电路组成为：变压器B初级线圈一端顺次串接保险BX1和电源开关K1后接于220V交流电的火线，变压器B初级线圈另一端接220V交流电的零线，且由单片机控制的电子开关K1′与电源开关K1并联，变压器B次级线圈两端分别接于二级管桥式整流电路D1-4的两个输入端，二级管桥式整流电路D1-4的正输出端串接型号为7812的集成稳压器IC1的输入端，IC1的正输出端串接继电器J1后接于复合三极管BG1-2的集电极，复合三极管BG1-2的发射极串接电阻R4后接于二极管桥式整流电路D1-4的负输出端，IC2的8脚串接电阻R3后接于复合三极管BG1-2的基极，电容C3串接在IC2的1脚与5脚之间，IC2的1脚顺次串接电阻R2、电位器W1后接于IC2的6脚，电位器W1的滑动端接于IC2的6脚，IC2的14脚接于IC1的正输出端，IC1的负输出端接于IC2的7脚，IC2的7脚接于D1-4的负输出端，电容C2串接在IC2的14脚与7脚之间，电解电容C1正极接于D1-4正输出端，电解电容C1负极接于D1-4负输出端，上述IC2为74LSO4六非门集成块；
铂电阻温度校验电路组成为：由IC1输出的电源E﹢顺次串接被检铂电阻Rc、继电器J1的常开结点J1-1后接于电阻R5一端，电阻R5另一端接于电源E﹣，电源E﹢顺次串接标准铂电阻Rt、继电器J1的常闭结点J1-2后接于电阻R5一端，电源E﹢串接电位器W2后接于电阻R6一端，电阻R6另一端接于电源E﹣，电位器W2的滑动端接于电阻R6一端，电阻R5一端串接电阻R7后接于IC3的反相输入端，电阻R6一端串接电阻R8后接于IC3的同相输入端，电容C4一端接于电阻R5一端，电容C4另一端接于电源E﹣，稳压二极管D5正极接于IC3的同相输入端，稳压二极管D5负极接于IC3的4脚，IC3的4脚接于电源E﹣，IC3的7脚接于电源E﹢，电阻R9串接在IC3的反相输入端与信号输出端之间，IC3为型号μA741的集成运算放大器，电阻R5和电阻R6的电阻值相同，电阻R7和电阻R8的电阻值相同，标准铂电阻Rt以及电位器W2的电阻值均与被检铂电阻Rc的标称电阻值相同，被检铂电阻Rc以及标准铂电阻Rt均置于加热炉内；
中央信号处理电路组成为：上述IC3的信号输出端串接A/D转换器后接于单片机，LCD液晶显示器、蜂鸣器、存储单元以及上述电子开关K1′分别与单片机连接。
所述中央信号处理电路还具有上位机，上位机经USB接口与所述单片机连接。
所述中央信号处理电路还具有键盘，键盘经接收处理器JCDL8279与所述单片机连接。
所述交直流转换及振荡电路还具有电源工作指示电路：发光二极管Fg1和电阻R1串接在二极管桥式整流器D1-4的正输出端与负输出端之间。
所述加热炉选用福禄克9144计量炉。
所述电解电容C1为2200μf，电容C2为0.01μf。
电阻R7为100kΩ，电阻R8为100kΩ，电阻R9为570kΩ，稳压二极管D5型号为1N4727。
所述A/D转换器型号为MAX125，单片机型号为NEC的78K0，存储单元为EEPROM。
所述电阻R3为100Ω，R4为10Ω。
本实用新型的有益效果是：在本智能型铂电阻校验仪的研究设计中，本实用新型人在高灵敏度电桥比较测试电路基础上，还采用了频率振荡，实现了对标准铂电阻和被检铂电阻温度测量的自动切换，并运用同一通道作信号整形、放大、A/D转换，送入单片微机系统，，进行数据分析处理和误差计算等，既简化电路，降低成本，又减少误差，同时，对铂电阻的阻值和温度变化之间的非线性特性也做了滤波处理,由此，使检测精度得到进一步提高，并经USB接口与上位机相联，以作校验报告打印和建立数据库等，形成先进完善的校验仪器。
同时，本校验仪采用常规电子器件，如六非门集成块、集成运放以及单片机等组成，具有制作成本低的特点，便于广泛推广。
附图说明
图1是交直流转换及振荡电路图。
图2是铂电阻温度测量电路图。
图3是中央信号处理器硬件结构框图。
图4是铂电阻校验程序流程图。
具体实施方式
1.电路设计
我们的智能型铂电阻校验仪以电桥测试电路为基础，作为信号采集,再引入微电脑技术进行分析处理，以达到全面完善的地步。本校验仪在保证高分辨率的情况下,误差能低于0.15℃要求,所以可作为A级标准使用，对下级铂电阻实施校验检定。
1.1）电源与振荡
校验仪分软、硬件两大部分，其中硬件包括前期电源与振荡电路，请见图1，铂电阻温度测量校验仪中，交直流转换及振荡电路组成为：变压器B初级线圈一端顺次串接保险BX1和电源开关K1后接于220V交流电的火线，变压器B初级线圈另一端接220V交流电的零线，且由单片机控制的电子开关K1′与电源开关K1并联，变压器B次级线圈两端分别接于二级管桥式整流电路D1-4的两个输入端，二级管桥式整流电路D1-4的正输出端顺次串接型号为7812的集成稳压器IC1、继电器J1后接于复合三极管BG1-2的集电极，复合三极管BG1-2的发射极串接电阻R4后接于二极管桥式整流电路D1-4的负输出端，IC2的8脚串接电阻R3后接于复合三极管BG1-2的基极，电容C3串接在IC2的1脚与5脚之间，IC2的1脚顺次串接电阻R2、电位器W1后接于IC2的6脚，电位器W1的滑动端接于IC2的6脚，IC2的14脚接于IC1的正输出端，IC2的7脚接于D1-4的负输出端，电容C2串接在IC2的14脚与7脚之间，电解电容C1正极接于D1-4正输出端，电解电容C1负极接于D1-4负输出端，上述IC2为74LSO4六非门集成块；交直流转换及振荡电路还具有电源工作指示电路：发光二极管Fg1和电阻R1串接在二极管桥式整流器D1-4的正输出端与负输出端之间。
图1是交直流转换及振荡电路，220V交流电源经开关K1或单片微机控制开关K1′、保险（或称保险管）BX1和变压器B1降压，变压器副边电压经二极管D1-4构成的桥式整流电路整流，2200μf的电解容C1对工频滤波，0.01μf的涤纶电容C2则对整流滤波中产生的高频滤波，高低频率的滤波，使直流电源更加纯洁可靠，有利于温度准确计量，发光二极管Fg1和电阻R1分压，做电源指示，7812集成稳压器IC1作12V稳压，再经74LSO4六非门集成块IC2与电容C3、电阻R2、电位器W1构成的RC环型振荡器，输出0.2赫兹（周期5秒）的频率，该频率经电阻R3传送给复合三极管BG1-2，BG1-2的导通截止，使继电器J1完成同步运作。
1.2）电桥测量与比较
电桥电路有灵敏反应功能，所以，利用该电路作温度测量，是极好的信号采集方式，请见图2：
图2是铂电阻校验测试电路，铂电阻温度校验电路组成为：由IC1输出的电源E﹢顺次串接被检铂电阻Rc、继电器J1的常开结点J1-1后接于电阻R5一端，电阻R5另一端接于电源E﹣，电源E﹢顺次串接标准铂电阻Rt、继电器J1的常闭结点J1-2后接于电阻R5一端，电源E﹢串接电位器W2后接于电阻R6一端，电阻R6另一端接于电源E﹣，电位器W2的滑动端接于电阻R6一端，电阻R5一端串接电阻R7后接于IC3的反相输入端，电阻R6一端串接电阻R8后接于IC3的同相输入端，电容C4一端接于电阻R5一端，电容C4另一端接于电源E﹣，稳压二极管D5正极接于IC3的同相输入端，稳压二极管D5负极接于IC3的4脚，IC3的4脚接于电源E﹣，IC3的7脚接于电源E﹢，电阻R9串接在IC3的反相输入端与信号输出端之间，IC3为型号μA741的集成运算放大器，电阻R5和电阻R6的电阻值相同，电阻R7和电阻R8的电阻值相同，标准铂电阻Rt以及电位器W2的电阻值均与被检铂电阻Rc的标称电阻值相同，被检铂电阻Rc以及标准铂电阻Rt均置于加热炉内；因与图1有连贯性，故作统一编号。Rc或Rt与电位器W2和R5、R6构成温度测试电桥，电路要求R5＝R6，并Rc或Rt、W2尽量选取同一阻值（Rt、W2的电阻值选用Rc的标称电阻值），电位器W2正是做电阻值细调，这样，电桥保持平衡，使平稳时节点①、节点②无信号输出。
图2中虚线代表配置的福禄克9144计量炉（有的称加热炉），建立了相关温标定义的水三相点、锌、锡、銦熔化和凝固点装置，用于铂电阻温度计的检定分度使用，提供稳定的温度源。实测中又重点校验R0与R100/R0两个参数，分别在计量炉中测得被校验电阻温度计的R0和R100，然后检查R0值和R100/R0的比值是否满足规定的技术指标，以确定温度计是否合格。而被检铂电阻Rc和标准铂电阻Rt同时置身于计量炉中，感受和测量同一温度，减少分先后插入Rc、Rt的温度时延误差。Rc和Rt上端与正电源相连，下端分别与继电器常开结点J1-1和常闭结点J1-2相接。随图1中IC2环型振荡器0.2赫兹（周期5秒）的频率转换控制，分别接通标准铂电阻Rt和被检铂电阻Rc，进行比较测试。
具体应用过程是，当计量炉温度上升到测试要求时，手动按下电源开关K1，测试电路投入工作。刚按下K1时，继电器J1尚未启动，常闭结点J1-2接通标准铂电阻Rt，阻值随计量炉温度的上升，节点①电压下降，使U3>U2，μA741集成运放IC3翻转，经6脚输出测量值，因IC2中进行环型振荡，有5秒等待时间，在这期间可以做完数字记录。紧接着继电器J1启动，常闭结点J1-2断开，标准铂电阻Rt停止测试，常开结点J1-1闭合，转为被检铂电阻Rc做温度测试。因在同一计量炉中，测试的是同一温度，故可以将Rc与前面Rt测试的数据进行比对，计算出误差值，做出是否符合要求的判断，达到校验的目的。
铂电阻在跟随温度变化中有一定非线性特性，给测试带来一定误差，为此，作为外围电路，我们引入电容C4作高频滤波处理，从而提高测试精度。
图2电路中1N4727(3V)稳压二极管D5是设置的基准电压，并希望正反相在IC3集成运放μA741前作同等条件的比较，所以要求R7＝R8，同时为了降低功耗，一般将R7、R8取值较大，本电路设计为100kΩ，再考虑同相输入集成运放增益计算式和品质因素的关系，我们确定将R9取值为570kΩ，带入式中计算：
A＝1＋R9/R7＝1＋570/100＝6.57
即得到6倍以上的放大倍数。由此，经铂电阻所做温度采样和集成块IC3的比较放大等，在6脚，即节点③变为较大的电压信号输出。
电路中测试精度决定于标准铂电阻Rt, Rt级别越高，分辨率、准确度、测试精度都越高，所以，若提高铂电阻Rt级别，校验仪的等级也还可以提升。
2.智能系统硬件结构
为了功能扩展和完善，我们引入了单片计算机技术，对测试数据作智能化处理。校验仪的系统硬件结构如图3所示。考虑到功耗及整机的精度和价格等问题,测温仪的单片机控制器采用NEC的8位78K0系列单片机,并启用了看门狗功能,以提高测温仪的抗干扰性能。从图2中IC3的6脚、即节点③输出的模拟信号，引入到图3虚线框内，开展进一步工作。
参见图3，中央信号处理电路组成为：上述IC3的信号输出端串接A/D转换器后接于单片机，LCD液晶显示器、蜂鸣器、存储单元以及上述电子开关K1′分别与单片机连接。
智能硬件结构主要有以下几大部分：
2.1）A/D转换
因图2中③节点送来的是模拟信号，而微机芯片响应的是数字信号，所以，需要先做A/D转换处理。本装置具体采用的是MAX125型A/D转换器，将采集到的模拟信号转变成数字信号，再由数据总线和地址总线传送给CPU中央信号处理器，进行与键盘设置信号传送来的设置信号相结合，作判断、归类等深入工作。
2.2）键盘设置
在图3的右侧，键盘经IOP（I/O Processor）集成接收处理器与单片机连接，该处理器是CPU中央信号处理器的指令门户，包括被校参数的置入，信号指令的处理，PCI和SCSI总线数据传输等，在与键盘相互配合中，完成人机对话，实现被检测的铂电阻阻值、序号、报警值、通讯规约等设置。同时，还可通过键盘作历史数据调看查询等，本装置具体采用的是JCDL8279键盘接口单元（即接收处理器）。
2.3）中央信号处理器
CPU中央信号处理器（含单片机）是智能神经中枢，在经地址总线和数据总线，接收到被检测的A/D转换信号和键盘置入的参数指令后，在其间结合软件编程，完成数据分类、比较分析、误差计算、合格否判断等处理，进而发出蜂鸣、显示、存储、开关K1′控制、接口上传等指令信号，功能强大。
2.4）存储器
为了对各铂电阻作性能跟踪监测，同时便于进行历史数据查询对照，进一步做出新次检测时是否满足规定技术指标的判断，故本校验仪采用了EEPROM存储器，将每次校验数据保留起来。
2.5）LCD液晶显示器
铂电阻校验结果同时送KS084（8.4英寸）LCD液晶屏，以显示当前测试的电阻值和各段温度数据，以利于检测人员观察、判断。并结合键盘操作，还可通过LCD液晶屏对各铂电阻作历史记录调看查询。
2.6）USB接口
本校验仪还通过USB接口与上位机相连。上位机读取下位机数据, 做出检测时间记录和进一步统计、分析、判断、处理，并连接打印机进行校验报告打印和信息传递等更大范围的工作。
3.智能系统软件流程
本铂电阻校验仪采用的是NEC的78K0系列单片机,因此编译调试环境为NEC的Project Manager和ID78K0，程序均用C语言编写。相关流程如图4所示。
校验仪初始化后,需要置入被校铂电阻编号、所校阻值标称值和计量炉温度校验点等参数，并在炉槽开启，温度升高，采样处理后，进行温度比较判断，检测是否达到校验点？如果没有满足，则从询问块的“N”端输出，继续循环加热采样、比较、判断，直到符合要求，才从询问块的“Y”端输出。
从 “Y”端输出的信号，首先启动蜂鸣器发出“滴滴”声音，告诉校验人员，可以开启铂电阻校验电路，进行检测工作。开启校验电路有两种方式：
第一，手动按下电源开关K1；
第二，CPU发出控制指令，自动接通电子开关K1′。
K1、K1′两者并联相接，任中一个都能起到接通振荡、校验、放大的作用，增加了检测工作的可靠性。
在K1、K1′接通，启动振荡器，产生0.2Hz、即5秒的时间间隔，分别对标准铂电阻和被校铂电阻自动转化测试，并经分压、整形、放大，输出电压模拟信号，再经A/D转换，成为单片机能识别的二进制数字信号，经数据总线和地址总线传送给CPU数控中心。
这里又有一特点是：标准铂电阻和被检铂电阻的温度测试数据，由同一通道送入计算机，这是因为有5秒的时间间隔，故可分别工作和传递，所以并不矛盾，互不干扰，却简化了电路，降低了成本；并且还因走同一通道，所以，两者完全避免了电路误差。
由标准铂电阻和被检铂电阻获得的温度测试信号，传入单片机后，将按程序进行数据分析处理，最大的功能特点是在这里电阻、电压、温度，即R～V～℃三项物理量将得到确认，并进行误差计算、作出超差和是否合格的判断结论。
程序再往后，则是将测试到的R～V～℃物理量及判断结果，在LCD液晶屏上显示出来，以利校验人员观察记录。同时，经ROM存储器，将相关数据和结论保持下来，以利调看查询。
最后，我们用USB接口将信号传送给上位机，对所辖范围的铂电阻校验情况进行更深入全面的分类、统计、保存，建立数据库等，同时完成校验报告、校验时间、相关信息的记录打印。还可对重点铂电阻进行跟踪监测，经历史查询和新校数据的分析比较，就性能变化和优劣状况作出评估与应用选择。
Claims (9)
1.一种智能型铂电阻温度测量校验仪，其特征是，交直流转换及振荡电路组成为：变压器B初级线圈一端顺次串接保险BX1和电源开关K1后接于220V交流电的火线，变压器B初级线圈另一端接220V交流电的零线，且由单片机控制的电子开关K1′与电源开关K1并联，变压器B次级线圈两端分别接于二级管桥式整流电路D1-4的两个输入端，二级管桥式整流电路D1-4的正输出端串接型号为7812的集成稳压器IC1的输入端，IC1的正输出端串接继电器J1后接于复合三极管BG1-2的集电极，复合三极管BG1-2的发射极串接电阻R4后接于二极管桥式整流电路D1-4的负输出端，IC2的8脚串接电阻R3后接于复合三极管BG1-2的基极，电容C3串接在IC2的1脚与5脚之间，IC2的1脚顺次串接电阻R2、电位器W1后接于IC2的6脚，电位器W1的滑动端接于IC2的6脚，IC2的14脚接于IC1的正输出端，IC1的负输出端接于IC2的7脚，IC2的7脚接于D1-4的负输出端，电容C2串接在IC2的14脚与7脚之间，电解电容C1正极接于D1-4正输出端，电解电容C1负极接于D1-4负输出端，上述IC2为74LSO4六非门集成块；
铂电阻温度校验电路组成为：由IC1输出的电源E﹢顺次串接被检铂电阻Rc、继电器J1的常开结点J1-1后接于电阻R5一端，电阻R5另一端接于电源E﹣，电源E﹢顺次串接标准铂电阻Rt、继电器J1的常闭结点J1-2后接于电阻R5一端，电源E﹢串接电位器W2后接于电阻R6一端，电阻R6另一端接于电源E﹣，电位器W2的滑动端接于电阻R6一端，电阻R5一端串接电阻R7后接于IC3的反相输入端，电阻R6一端串接电阻R8后接于IC3的同相输入端，电容C4一端接于电阻R5一端，电容C4另一端接于电源E﹣，稳压二极管D5正极接于IC3的同相输入端，稳压二极管D5负极接于IC3的4脚，IC3的4脚接于电源E﹣，IC3的7脚接于电源E﹢，电阻R9串接在IC3的反相输入端与信号输出端之间，IC3为型号μA741的集成运算放大器，电阻R5和电阻R6的电阻值相同，电阻R7和电阻R8的电阻值相同，标准铂电阻Rt以及电位器W2的电阻值均与被检铂电阻Rc的标称电阻值相同，被检铂电阻Rc以及标准铂电阻Rt均置于加热炉内；
中央信号处理电路组成为：上述IC3的信号输出端串接A/D转换器后接于单片机，LCD液晶显示器、蜂鸣器、存储单元以及上述电子开关K1′分别与单片机连接。
2.根据权利要求1所述的一种智能型铂电阻温度测量校验仪，其特征是，所述中央信号处理电路还具有上位机，上位机经USB接口与所述单片机连接。
3.根据权利要求2所述的一种智能型铂电阻温度测量校验仪，其特征是，所述中央信号处理电路还具有键盘，键盘经接收处理器JCDL8279与所述单片机连接。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种智能型铂电阻温度测量校验仪，其特征是，所述交直流转换及振荡电路还具有电源工作指示电路：发光二极管Fg1和电阻R1串接在二极管桥式整流器D1-4的正输出端与负输出端之间。
5.根据权利要求4所述的一种智能型铂电阻温度测量校验仪，其特征是，所述加热炉选用福禄克9144计量炉。
6.根据权利要求5所述的一种智能型铂电阻温度测量校验仪，其特征是，所述电解电容C1为2200μf，电容C2为0.01μf。
7.根据权利要求6所述的一种智能型铂电阻温度测量校验仪，其特征是，所述电阻R7为100kΩ，电阻R8为100kΩ，电阻R9为570kΩ，稳压二极管D5型号为1N4727。
8.根据权利要求7所述的一种智能型铂电阻温度测量校验仪，其特征是，所述A/D转换器型号为MAX125，单片机型号为NEC的78K0，存储单元为EEPROM。
9.根据权利要求8所述的一种智能型铂电阻温度测量校验仪，其特征是，所述电阻R3为100Ω，R4为10Ω。
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