CN2476006Y - 自动选档式非平衡电桥温差测量仪 - Google Patents
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Abstract
自动选档式非平衡电桥温差测量仪，包括测量、放大电路、AD转换电路和微处理器、显示电路构成，测量电路为一个电桥，电桥为自动选档式非平衡电桥，与铂电阻对称的一个桥臂的电阻分为6—16档，每档电阻值相同，测量电路还包括另设有的模拟开关电路，模拟开关电路的多个输入端与桥臂电阻多挡输出相连接，电桥输出先经模拟开关再连接放大电路，放大电路输出连接A/D转换电路。本实用新型给测量带来了方便。
Description
本实用新型涉及一种数字式温差测量仪，尤其是自动选档式非平衡电桥温差测量仪。
根据测量和实验的需要，数字式温差测量仪要达到的技术指标如下：测量温差的温度范围为-20℃~+120℃，稳定度为±0.001℃(温差范围-5℃~+5℃，应为在一次实验中温差范围变化值不会超过-5℃~+5℃)，同时需显示实际温度值，稳定度为±0.1℃。需要能在测量温差的温度范围-20℃~+120℃中的任何一点温度内温差显示值清零，以此为零点开始实验测量温差值。
因为测量温差的温度范围为-20℃~+120℃，稳定度为±0.001℃，因为测量温度的范围宽，且测量的精度要求高，所以理论上需要A/D转换器至少为18bit。以上方案设计仪器，生产成本较高。
本实用新型的目的是：提供一种自动选档式非平衡电桥温差测量仪，能自动覆盖较大的温度测量范围，且生产成本较低。
本实用新型的目的是这样实现的：自动选档式非平衡电桥温差测量仪，包括测量、放大电路、AD转换电路和微处理器、显示电路构成，测量电路为一个电桥，包括测量电阻和其它电阻构成桥臂，其中测量电阻为铂电阻，且作为一个桥臂，铂电阻制成一测温探头安放在测温区，其特征是所述电桥为自动选档式非平衡电桥，与铂电阻对称的一个桥臂的电阻分为6-16档，每档电阻值相同，测量电路还包括另设有的模拟开关电路，模拟开关电路的多个输入端与桥臂电阻多挡输出相连接，由微处理器的控制端连接模拟开关电路的控制口，电桥输出先经模拟开关再连接放大电路，放大电路输出连接A/D转换电路。
本实用新型的特点是：采用自动选档式非平衡电桥代替固定电桥，能自动覆盖较大的温度测量范围，测量精度高，A/D转换器采用14bit就可以达到技术要求，生产成本较低。电路特点还包括高可靠性：由于桥路线路和元器件全部焊接在线路板上，不存在机械触点，可靠性和寿命大大增加。使用方便，仪器自动选档，操作者只需打开仪器电源便可直接使用。
以下结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步说明：
图1为本实用新型电路框图
图2为本实用新型测量放大电路图
图3为本实用新型控制电路图
图4为本实用新型程序框图
如图所示，图2非平衡电桥测量放大电路为本实用新型核心
根据测量范围和要求，选用经过多次液氮-室温-液氮热循环处理过的Pt100铂电阻作温度传感器，它的线性度、复现性及灵敏度在-20℃~+120℃符合设计要求。测量电路做成自动选档式非平衡电桥形式。Pt100铂电阻作为一个桥臂，做成一个测温探头安放在测温区，为抵消长引线带来的干扰，铂电阻采用三线制接法。另外三个臂选用温度稳定性很好的锰铜电阻(电阻准确度万分之一)，与Pt100铂电阻对称的一个臂分为8档，从100欧到142欧，每档6欧，完全覆盖-20℃~+120℃测温区域。桥臂选档由89C51控制口控制8/1模拟开关4051来完成，电桥输出电压(即如图2Pt100上标“To仪表放大器”端和4051输出端电压)经放大后输出到A/D转换器。图2中放大电路采用由三片OP07构成的仪表放大电路，该放大电路具有低漂移、高精度等特点。
由软件实现电桥自动选档，当仪器开机时，微处理器选通模拟开关第1档，然后微处理器实时处理采集到的A/D数值，根据A/D数值和矫正参数自动调整通模拟开关档位使采样值最小，整个过程小于2秒。如：模拟开关处于第1档时采样值为负的满量程，则微处理器控制模拟开关选为第2档，以次类推直到选中合适档位。另外，在仪器工作过程中，由于传感器处的温度变化使采样值超过量程，微处理器会控制模拟开关自动跳到合适的档位。
A/D转换器选用具有自校零技术的14bit双积分型ICL7135芯片，它能把0~±1.9999V的模拟电压转换成数字量，分辨率0.0001V，转换速度10次/秒。
存储器，因为本系统选用89C51微处理器，它内部有4KflashROM(足够本仪器用来存储程序)和256byte RAM。但为了保存矫正参数，选用电擦除可编程只读存储器EEPROM 24C01A作辅助存储器，它能在应用系统中进行在线改写，并能在断电情况下保存数据而不需保护电源，另外，它为串行读写方式，只占用微处理器2个I/O口。
参数矫正按钮用来修改矫正参数，共有两个按钮，一个用来增加参数值，另一个用来减小参数值。
显示器：本系统有足够的I/O口和CPU时间，采用13条微处理器I/O口直接驱动5位共阳极动态LED显示器。降低了系统成本。
图3中串行通信电路中，89C51输出的串行TTL电平信号经MAX202转换为RS-232C信号，来实现仪器和计算机的数据通信。MAX202电平转换芯片内部有DC-DC转换器，能将5V电压转换为±12V电压，此芯片只需5V电源就可正常工作。
本实用新型还设有“看门狗”电路，采用555振荡电路及74LS123单稳态触发器，构成了一个简易的看门狗电路，使系统具有自恢复功能。即使系统受到干扰程序跑飞，看门狗电路可使微处理器复位，系统自动恢复。
另还设有报时电路，每30秒驱动蜂鸣片鸣叫一次，提醒实验者。
图4所示，结合软件框图，说明本实用新型的流程：系统软件主要由主程序、中断服务程序和子程序等组成。主程序结构图如图所示，完成系统初始化、按键状态查询、根据各种参数计算温差值(包括温差值的非线性矫正)以及桥臂选档、向PC机发送温差值。中断服务程序有A/D采样中断子程序、显示中断子程序、时钟中断程序。软件采用模块化程序设计，各模块源程序用符合ANSI标准的C语言编写，然后由Franklin C51编译器生成一个可重新定位的目标文件。再将目标文件固化入89C51中的ROM中即可。
Claims (3)
1、自动选档式非平衡电桥温差测量仪，包括测量、放大电路、AD转换电路和微处理器、显示电路构成，测量电路为一个电桥，包括测量电阻和其它电阻构成桥臂，其中测量电阻为铂电阻，且作为一个桥臂，铂电阻制成一测温探头安放在测温区，其特征是所述电桥为自动选档式非平衡电桥，与铂电阻对称的一个桥臂的电阻分为6-16档，每档电阻值相同，测量电路还包括另设有的模拟开关电路，模拟开关电路的多个输入端与桥臂电阻多挡输出相连接，由微处理器的控制端连接模拟开关电路的控制口，电桥输出先经模拟开关再连接放大电路，放大电路输出连接A/D转换电路。
2、由权利要求1所述的自动选档式非平衡电桥温差测量仪，其特征是铂电阻采用三线制接法。
3、由权利要求1所述的自动选档式非平衡电桥温差测量仪，其特征是所述电桥的另外三个臂选用温度稳定性好的锰铜电阻，与Pt100铂电阻对称的一个臂分为8档，从100欧到142欧，每档6欧。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100390515C (zh) * | 2004-12-10 | 2008-05-28 | 广东工业大学 | 截距式温差测试仪 |
| CN104504974A (zh) * | 2014-12-22 | 2015-04-08 | 常州大学 | 单片机系统设计与开发实验仪 |
| CN110567604A (zh) * | 2019-04-19 | 2019-12-13 | 太原理工大学 | 一种高精度海冰温度链及其测温方法 |
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- 2001-05-16 CN CN01237814.3U patent/CN2476006Y/zh not_active Expired - Fee Related
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