CN204855014U

CN204855014U - 一种电阻式温度计

Info

Publication number: CN204855014U
Application number: CN201520523787.XU
Authority: CN
Inventors: 叶晓靖; 刘付永红
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2015-07-17
Filing date: 2015-07-17
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2025-07-17

Abstract

本实用新型公开了一种电阻式温度计，包括热敏电阻Rx、温度采集模块以及电池，其特征在于：还包括电阻R1、电阻R2和电阻R3；电阻R1的第一端与电阻R2的第一端通过接点A连接，电阻R1的第二端与热敏电阻Rx的第一端通过接点C连接，电阻R2的第二端与电阻R3的第一端通过接点D连接，电阻R3的第二端与热敏电阻Rx的第二端通过接点B连接，所述温度采集模块一端连接接点C，另一端连接接点D，电池的两端分别接于接点A和接点B。本实用新型电阻式温度计，采用热敏电阻作为感温探头，并基于电桥原理，能够精确测量温度。

Description

一种电阻式温度计

技术领域

本实用新型涉及温度计，尤其涉及一种电阻式温度计。

背景技术

NTC(负温度系数)热敏电阻的阻值随温度的升高呈现非线性的指数降低关系，其工作温度范围一般在-50℃-150℃之间。

热敏电阻的温度特性可以用经验公式表示：

R_{x} = {Re}^{B (\frac{1}{T} - \frac{1}{T_{0}})} - - - (1)

其中，T为开尔文温度。

Rx-规定温度为T时，测得的热敏电阻零功率阻值，单位为KΩ；

R-标称电阻值，指T0为25℃(298K)时测得的零功率电阻值；

B-B值，为热敏常数，定义为两个温度下测得的零功率电阻值的自然对数之差与这两个温度倒数之差的比值，其值一般由生产配方决定，数值一般在2000-7000K内变化。

热敏电阻与金属热电阻相比，具有热敏系数大(-1％～-6％/℃)，常温下电阻值较大(一般在数千欧姆以上)，结构简单，适于动态测量，价格低廉的特点，在测试和自动控制领域得到广泛应用。从元件的功能来看，热敏电阻主要有温度补偿、抑制浪涌电流和温度测量等功能，但其阻温关系存在非线性，因此在进行精度较高的大范围温度测量中，常要进行较复杂的分段线性校正或补偿。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种结构简单、携带方便、测量精度高的电阻式温度计。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种电阻式温度计，包括热敏电阻Rx、温度采集模块以及电池，其特征在于：还包括电阻R1、电阻R2和电阻R3；电阻R1的第一端与电阻R2的第一端通过接点A连接，电阻R1的第二端与热敏电阻Rx的第一端通过接点C连接，电阻R2的第二端与电阻R3的第一端通过接点D连接，电阻R3的第二端与热敏电阻Rx的第二端通过接点B连接，所述温度采集模块一端连接接点C，另一端连接接点D，电池的两端分别接于接点A和接点B。

进一步的，温度采集模块由用于测量接点C与接点D之间的电压值的电压测量模块和电压-温度转换模块组成。接点C与接点D之间的电压值与热敏电阻Rx的阻值直接相关，而热敏电阻Rx的阻值与其所处环境的稳定相关联，也就是所测的电压值可以反映热敏电阻Rx的温度。电压-温度转换模块将所测的电压值转换成温度。

进一步的，还包括与温度采集模块连接的温度显示模块。

进一步的，所述热敏电阻Rx的两端通过延长导线分别连接至接点C与接点B。

进一步的，还包括与温度采集模块连接的无线数据发射模块。

下面简述本实用新型的工作原理：

平衡电桥通过比较桥路中待测电阻Rx与标准电阻R，从而得到待测电阻Rx值。而在实际的工程测试中，很多待测物理量是连续变化的，将相应的阻值变化元件放置在电桥的待测电阻桥臂上时，电桥多处于非平衡的工作状态。若直流电源电压为Ui，等臂电桥在非平衡状态下的的输出电压与待测臂的电阻值满足1/3＜Rx/R＜3时，电压输出电压Uo与Rx的关系具有与NTC热敏电阻阻温特性互补的特点，利用该特点可对一定温度范围内的热敏电阻的输出特性进行校正。达到线性测量的目的。其热电系数如式(2)所示，不低于热敏电阻的热敏系数。

α_{0} = \frac{{BU}_{i}}{4 {T_{0}}^{2}} - - - (2)

根据电桥工作时是否平衡可将电桥分为平衡电桥和非平衡电桥。平衡电桥通过比较桥路中待测电阻Rx与标准电阻R，从而得到待测电阻Rx值。而在实际的工程测试中，很多待测物理量是连续变化的，将相应的阻值变化元件放置在电桥的待测电阻桥臂上时，电桥多处于非平衡的工作状态，故利用电桥输出的非平衡电压可以对引起待测电阻变化的其他物理量进行测量。其原理如图1所示：AB为供电电压Ui输入端，CD为测量电压Uo输出端。

根据分压原理

U_{C B} = \frac{R_{1}}{R_{1} + R_{x}} U_{i} - - - (3)

U_{D B} = \frac{R_{2}}{R_{2} + R_{3}} U_{i} - - - (4)

输出电压为：

U_{o} = U_{C B} - U_{D B} = (\frac{R_{x}}{R_{1} + R_{x}} - \frac{R_{3}}{R_{2} + R_{3}}) U_{i} = \frac{(R_{2} R_{x} - R_{1} R_{3})}{(R_{1} + R_{x}) (R_{2} + R_{3})} U_{i} - - - (5)

当电桥平衡时，满足R₁R₃＝R₂R_x，电桥输出电压U_o＝0

若待测电阻Rx因外界环境变化而产生变化时，设电桥平衡时待测电阻为R，则有Rx＝R+ΔR，输出电压

U_{o} = \frac{(R_{2} R_{x} - R_{1} R_{3})}{(R_{1} + R_{x}) (R_{2} + R_{3})} U_{i} = (\frac{R_{2} R + R_{2} Δ R - R_{1} R_{3}}{(R_{1} + R) (R_{2} + R_{3}) + Δ R (R_{2} + R_{3})}) U_{i} - - - (6)

若电桥采用等臂连接，R1＝R2＝R3＝R，则有

U_{o} = \frac{R (R_{x} - R)}{2 R (R + R_{x})} U_{i} = \frac{R Δ R}{4 R^{2} + 2 R Δ R} U_{i} = \frac{Δ R}{4 R + 2 Δ R} U_{i} - - - (7)

一般情况下，电阻增量ΔR较小时，满足ΔR＜＜R，上式分母中含ΔR项可以去掉。

U_{o} = - \frac{Δ R}{4 R} U_{i} - - - (8)

但若Rx为某NTC热敏电阻，其阻值可在较宽的温度变化范围内，则难以满足ΔR<<R条件。按其他三个桥臂的电阻均为Rx在某温度T₀下阻值R来计算，有非平衡电压输出Uo与B/T关系：

U_{o} = \frac{R (e^{B (\frac{1}{T} - \frac{1}{T_{0}})} - 1)}{2 R (e^{B (\frac{1}{T} - \frac{1}{T_{0}})} + 1)} U_{i} = \frac{e^{\frac{B}{T}} - e^{\frac{B}{T_{0}}}}{e^{\frac{B}{T}} + e^{\frac{B}{T_{0}}}} \frac{U_{i}}{2} - - - (9)

该Uo-T关系曲线大致如图2所示。从图可见，由于非平衡电桥在一定范围内的电压输出特性具有与热敏电阻的非线性输出互补特性。且，当B/T取值在5-100之间时，采用热敏电阻的非平衡电桥输出电压具有较好热电线性关系。一般情况下，按B取值2000-7000K的范围估算，T的范围可取相当宽广。即通过配置B与T，可使整个测量装置具有针对不同温度范围的较精确测量能力。

本实用新型相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

本实用新型电阻式温度计，采用热敏电阻作为感温探头，并基于电桥原理进行测量，测量精度高，热敏电阻Rx可以通过导线延长并敷贴于待测部位上，待输出读数稳定后，即可移走并再次使用；通过无线数据发射-接收模块进行组网，可以快速实现一对多点实时监控或测量，对比传统水银温度计具有操作简单方便、可以组网、实时等优点。

附图说明

图1为本实用新型电阻式温度计的测量原理简图。

图2为图1中，B/T值不同时，非平衡电桥输出电压与热敏电阻Uo-Rx关系曲线图。

图3为本实用新型电阻式温度计结构示意图。

图4为本实用新型电阻式温度计另一结构示意图。

图5为热敏电阻Rx可以通过延长导线进行连接的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步具体详细描述。

如图3所示。本实用新型一种电阻式温度计，包括电池以及四个电阻式元件构成桥臂的电桥，即电阻R1、电阻R2、电阻R3和热敏电阻Rx；电阻R1的第一端与电阻R2的第一端通过接点A连接，电阻R1的第二端与热敏电阻Rx的第一端通过接点C连接，电阻R2的第二端与电阻R3的第一端通过接点D连接，电阻R3的第二端与热敏电阻Rx的第二端通过接点B连接，温度采集模块一端连接接点C，另一端连接接点D，电池的两端分别接于接点A和接点B。温度采集模块可直接与温度显示模块相连，温度显示模块可以直接显示测量的温度值。在有些应用中，无线数据接收显示模块，可以同时接收多个温度计的数据，温度采集模块与无线数据接收显示模块通过无线通讯的方式交换数据，如图4所示。温度采集模块可由电压测量模块与电压-温度转换模块组成(图中未示出)。

如图5所示，该热敏电阻Rx的两端可以通过延长导线分别连接至接点C与接点B，待输出读数稳定后，即可移走并再次使用。

通过无线数据发射-接收模块进行组网，可以快速实现一对多点实时监控或测量，对比传统水银温度计具有操作简单方便、可以组网、实时等优点。采用热敏电阻作为感温探头，充分利用了热敏电阻的特性，使本电阻式温度计具有针对不同温度范围的较精确测量能力。

实施例1

用于体温测量时，以R值10kΩ，B值3950的热敏电阻为例，计算得到按照人体正常体温37℃时热敏电阻阻值Rx为6kΩ，配置图3中R1、R2和R3的电阻值，使得37℃时，电压值为0，该温度计将可以在30℃——44℃范围内精确测量体温值。在A、B端采用3V电池时，在30℃、37℃、44℃时，Rx分别为8kΩ、6kΩ、4.5kΩ，C、D端电压Uo分别为-214mV、0mV、214mV，电压测量灵敏度约为30mV/℃。温度稳定时间在30秒以内，温度稳定时间约为水银温度计的1/20。

实施例2

在实施例1的基础上，体温数据通过无线数据发射模块传送到无线数据接收显示模块，将可以快速、实时地记录体温数据，同时方便记录人员及时排除体温测量过程中的异常情况。无线数据接收显示模块可以同时接收多个温度计的温度数据，实现一对多点实时监控或测量。由于本电阻式温度计的温度稳定时间较水银温度计更短，尤其适合于急诊、发热门诊等场所对病人进行预检。

如上所述，便可较好地实现本实用新型。

本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种电阻式温度计，其特征在于：包括热敏电阻Rx、温度采集模块以及电池、电阻R1、电阻R2和电阻R3；电阻R1的第一端与电阻R2的第一端通过接点A连接，电阻R1的第二端与热敏电阻Rx的第一端通过接点C连接，电阻R2的第二端与电阻R3的第一端通过接点D连接，电阻R3的第二端与热敏电阻Rx的第二端通过接点B连接，所述温度采集模块一端连接接点C，另一端连接接点D，电池的两端分别接于接点A和接点B。

2.根据权利要求1所述的电阻式温度计，其特征在于：温度采集模块由用于测量接点C与接点D之间的电压值的电压测量模块和电压-温度转换模块组成。

3.根据权利要求2所述的电阻式温度计，其特征在于：还包括与温度采集模块连接的温度显示模块。

4.根据权利要求3所述的电阻式温度计，其特征在于：所述热敏电阻Rx的两端通过延长导线分别连接至接点C与接点B。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电阻式温度计，其特征在于：还包括与温度采集模块连接的无线数据发射模块。