CN218035412U - 一种超低温数字温度计 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于温度测量设备技术领域，公开了一种超低温数字温度计，PCB电路板固定在保护壳体里侧；所述PCB电路板上安装有运算放大器、数模转换器芯片和供电模块，所述PCB电路板通过导线连接有测温探针，所述测温探针为PT100热电阻；所述测温探针的温度信息输出端与所述运算放大器的信息输入端连接，所述运算放大器的输出端与所述数模转换器芯片的模拟信号正极输入端连接；所述供电模块的电压输出端与所述数模转换器芯片、运算放大器的电压输入端连接。本实用新型数字温度计的灵敏度更高，可以准确的测量和显示温度，而且具备测量超低温的能力，提高了用户使用的便捷性。

Description

一种超低温数字温度计

技术领域

本实用新型属于温度测量设备技术领域，尤其涉及一种超低温数字温度计。

背景技术

目前，传统的液体温度计主要有煤油温度计和水银温度计，采用热胀冷缩的原理。它们是利用玻璃管中的液体作为测温物质，在玻璃管中体积随温度的单值连续变化制成的。液体温度计不仅测温范围有限，而且反应不够灵敏，玻璃管容易破裂，对环境也有一定的危害。随着科学技术的发展，为了更加直观便捷的显示温度，人们逐渐使用稳定性好、精度高的数字温度计。相较于传统温度计，数字温度计的灵敏度更高，可以准确的测量和显示温度。

目前数字温度计的类型大致分为红外线数字温度计、气温温度计、光测温度计等，不仅测温范围有限，而且很难工作在超低温环境下。而很多科研项目、生物制品以及理化材料等需要在极低的温度下进行，本实用新型基于热敏电阻，能够有效测量超低温环境下的温度，误差小，有广泛的应用前景。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的数字温度计不仅测温范围有限，而且在超低温环境下测量准确性差。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种超低温数字温度计。

本实用新型是这样实现的，一种超低温数字温度计设置有：

PCB电路板和保护壳体；

所述PCB电路板固定在保护壳体里侧；

所述PCB电路板上安装有运算放大器、数模转换器芯片和供电模块，所述PCB电路板通过导线连接有测温探针，所述测温探针为PT100热电阻；

所述测温探针的温度信息输出端与所述运算放大器的信息输入端连接，所述运算放大器的输出端与所述数模转换器芯片的模拟信号正极输入端连接；

所述供电模块的电压输出端与所述数模转换器芯片、运算放大器的电压输入端连接。

进一步，所述测温探针通过导线引出在保护壳外侧，所述导线外侧包裹有绝缘层。

进一步，所述运算放大器外接有用于调节增益的滑动变阻器。

进一步，所述数模转换器芯片的基准电压电路包括滑动变阻器RV3、电容C5和电容C6，所述数模转换器芯片的基准电压设置为1V。

进一步，所述数模转换器芯片内部集成有译码器和A/D转换器。

进一步，所述供电模块、测温探针、运算放大器、数模转换器芯片和七段共阳极数码管依次连接。

进一步，所述供电模块设置为5V锂电源。

结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本实用新型所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本实用新型的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本实用新型技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：

本实用新型将测温探针、运算放大器、数模转换器芯片、七段数码管、时钟脉冲振荡源、基准电压电路集成封装成了一个整体电路板，大大缩小了超低温数字温度计的体积和减轻了超低温数字温度计的质量。

本实用新型数字温度计的灵敏度更高，可以准确的测量和显示温度，而且具备测量超低温的能力，提高了用户使用的便捷性。

第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本实用新型所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：

本实用新型基于热敏电阻，能够有效测量超低温环境下的温度，误差小，有广泛的应用前景。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的超低温数字温度计的连接原理图；

图2是本实用新型实施例提供的电路原理图；

图3是本实用新型实施例提供的基于Proteus仿真软件进行原理图绘制图；

图4是本实用新型实施例提供的实际温度与测量温度对比图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

一、解释说明实施例。为了使本领域技术人员充分了解本实用新型如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。

如图1所示，本实用新型实施例提供的超低温数字温度计的PCB电路板上安装有用于温度检测的测温探针1、用于电压放大的运算放大器2、用于A/D转换及译码显示的数模转换器芯片3、用于对超低温数字温度计供电的供电模块。

所述测温探针1的温度信息输出端与所述运算放大器2的信息输入端连接，所述运算放大器2的输出端与所述数模转换器芯片3的模拟信号正极输入端连接。所述供电模块的电压输出端与所述数模转换器芯片3、运算放大器2的电压输入端连接。所述超低温数字温度计主体件是由PCB板和保护壳体组成，所述测温探针1由导线引出，置于主体件外部。

如图2所示，本实用新型实施例中的测温探针1为PT100铂热电阻，由绝缘层为氟塑料的导线引出，置于主体件外部。氟塑料不仅具有耐高低温(-200℃～200℃)性，而且有良好的电绝缘性、耐腐蚀抗老化性。

本实用新型实施例中的运算放大器2设置为型号为INA122的精密低噪声信号采集仪表放大器，外接滑动变阻器调节增益。INA122的输入阻抗高、共模抑制能力强，可有效放大差模信号。

本实用新型实施例中的数模转换器芯片3型号设置为TC7101，基准电压设置为1V。

本实用新型实施例中的数模转换器芯片的基准电压电路5包括滑动变阻器RV3、电容C5、电容C6，调节RV3使基准电压正极输入为1V。电阻R10、电容C7与芯片内部电路组合提供时钟脉冲振荡源6，时钟频率的快慢决定了芯片的转换时间。所述数模转换器芯片TC7107内部集成了译码器和A/D转换器。它通过对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分，将输入电压平均值变换成与之成正比的时间间隔，然后利用脉冲时间间隔，得出相应数字性输出。TC7107包括积分器、比较器、控制逻辑和时钟信号源。积分器是A/D转换器的核心，在一个测量周期内，积分器先后对输入信号电压和基准电压进行两次积分。比较器将积分器的输出信号与零电平进行比较，比较的结果作为数字电路的控制信号。应当说明的是，C2为自动调零电容，C3为积分器的外接积分电容，R9为外接积分电阻。

本实用新型实施例中的供电模块、测温探针、运算放大器、数模转换器芯片，七段共阳极数码管依次连接，构成温度检测、信号传输、LED显示电路。

本实用新型实施例中的供电模块设置为5V锂电源。所述锂电池通过导线为数模转换器、运算放大器及测温电路供电。

本实用新型的工作原理是：

本实用新型在使用时，利用测温探针PT100铂热电阻进行温度检测，测温探针PT100铂热电阻的阻值随温度变化，从而使节点电压值发生变化。PT100铂热电阻在5mA以下的线性度较好，因此将电阻R1和电阻R2的阻值设置为19.9kΩ，进行分压和限流。PT100铂热电阻在零度时的阻值为100Ω，因此电阻R3的阻值设置为100Ω。在温度为零时，节点电压相等，显示为零。将环境温度的变化转换为两个节点的电压值变化，经过INA122精密低噪声信号采集仪表放大器处理后作为数模转换器芯片TC7107的模拟信号正极和负极输入。利用数模转换器芯片TC7107进行A/D转换以及译码显示，它通过对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分，将输入电压平均值变换成与之成正比的时间间隔，然后利用脉冲时间间隔，得出相应数字性输出，利用七段共阳极数码管进行温度显示。

二、应用实施例。为了证明本实用新型的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用实施例。

本实用新型测温范围广，灵敏度高，可以应用在日常测温、工业用于超低温环境中以及实验室中的温度测量。

三、实施例相关效果的证据。本实用新型实施例在研发或者使用过程中取得了一些积极效果，和现有技术相比的确具备很大的优势，下面内容结合试验过程的数据、图表等进行描述。

本实用新型基于Proteus仿真软件进行原理图绘制，如图3所示，测温范围为-195℃-100℃每隔5℃进行采样并记录，绘制实际温度与测量温度对比如图4所示。通过对实验数据的分析可知，本实用新型数字温度计基于热敏电阻，灵敏度更高，可以准确的测量和显示温度，能够有效测量超低温环境下的温度，误差小，提高了用户使用的便捷性，有广泛的应用前景。

表1

在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种超低温数字温度计，其特征在于，所述超低温数字温度计包括：

PCB电路板和保护壳体；

所述PCB电路板固定在保护壳体里侧；

所述PCB电路板上安装有运算放大器、数模转换器芯片和供电模块，所述PCB电路板通过导线连接有测温探针，所述测温探针为PT100热电阻；

所述测温探针的温度信息输出端与所述运算放大器的信息输入端连接，所述运算放大器的输出端与所述数模转换器芯片的模拟信号正极输入端连接；

所述供电模块的电压输出端与所述数模转换器芯片、运算放大器的电压输入端连接。

2.如权利要求1所述的超低温数字温度计，其特征在于，所述测温探针通过导线引出在保护壳外侧，所述导线外侧包裹有绝缘层。

3.如权利要求1所述的超低温数字温度计，其特征在于，所述运算放大器外接有用于调节增益的滑动变阻器。

4.如权利要求1所述的超低温数字温度计，其特征在于，所述数模转换器芯片的基准电压电路包括滑动变阻器RV3、电容C5和电容C6，所述数模转换器芯片的基准电压设置为1V。

5.如权利要求1所述的超低温数字温度计，其特征在于，所述数模转换器芯片内部集成有译码器和A/D转换器。

6.如权利要求1所述的超低温数字温度计，其特征在于，所述供电模块、测温探针、运算放大器、数模转换器芯片和七段共阳极数码管依次连接。

7.如权利要求1所述的超低温数字温度计，其特征在于，所述供电模块设置为5V锂电源。

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