CN87214752U - 低温温度测量和记录仪 - Google Patents

Abstract

用于低温领域中的低温温度测量与记录仪。具有低温测温，温度数字显示和打印记录，温度超限声光报警和温度控制电平信号输出多种功能，采用新型物理结构探头，达到高精度和高灵敏度，测温范围-199.9～+50.0℃，误差为±0.3％满量程。自行设计的显示和记录系统，电路简化，造价低，还可进行简单的数字处理。可广泛用于科研、畜牧业、工农业、教学、致冷等领域，特别是人工冷冻精液育种工作。

Description

通常所见的低温温度测量仪器只有温度测量与刻度指针显示功能。有的用热电耦做为测温探头，由探头所提供的电信号直接驱动温度刻度指针显示。还有用热敏电阻做为测温探头元件（参见《传感器论文集》第三册中“热敏电阻在温度测试与监控中的应用”，陈兴哲、1984、5，武汉）。测量转换电路使用压频转换电路（参见美国专利1981年8月14日，温度测量／控制系统，专利号4480312）。通常的数据打印接口电路是从LED显示器的七段码中将代表真值的五段码（a、b、e、f、g）读入微机，再由微机处理并控制打印，或将七段码用组合逻辑转译为二——十进制8421码，再实现数据读出（参见“一种打印计算器的扩展应用”《电子科学技术》1982年12期）。指令执行器常采用场效应管控制的光电耦合器或干簧继电器（参见“用电子计算器构成的数据处理装置”，《电子科学技术》1982年第7期）。

本实用新型的任务是提供一种多功能的低温温度测量和记录仪，将测温及温度显示，打印记录，超限报警等多种功能组合为一体。采用新型的物理结构探头和自行设计的探头测量转换电路，不仅使测量速度和精度有所提高，且可实现探头之间的互换。并采用大规模集成电路和带有打印机的计算器为基本单元部件，提供了温度数字显示和自动定时打印记录的功能，并能够实现超低温限和超高温限自动声光报警及输出用于自动控制的温度电平信号。

本实用新型的具体解决方案是：

测温探头的前部装有不良导热材料制成的保护套管，套管的前端装有温度敏感元件，测量信号经过探头测量转换电路转变为与所测温度成线性比例关系的电压信号，再通过A／D模拟数字转换器变成数字电压信号直接驱动显示电路和自行设计的温度符号显示        块进行温度数字显示。打印电路从显示电路中取五段数字信号经过五／四线变换电路化简为四段有效信号，再经过自行设计的打印编码电路控制打印键阵列，驱动打印机定时打印记录温度数字。同时，探头测量转换电路输出的电压信号也进入电压比较器，和从温度基准设置电位器输入的电压值比较，超限时，由声光报警系统输出报警信号，也可输出温度控制电平。

以下结合附图做进一步说明：

图1为本实用新型电路系统方框图

（6）为测温探头，（7）为探头测量转换电路，（8）为CH7117A／D转换显示驱动电路（简称A／D转换器），由它直接驱动LED显示电路，（9）进行显示，LED显示电路主要由七段发光二极管构成，通常只能显示0～9数字和小数点符号，本实用新型巧妙地将最后一位七段码管及后面的小数点倒向联接，使其显示出“C”字样，借此完成温度数字及符号显示。（18）为二进制4位计数器，（19）为打印延时电路，（20）为多路转换开关，由CMOS单8通道模拟开关构成，（21）为五／四线变换电路，（22）为打印编码电路，（23）为打印输出部分，由带打印机的小型计算器构成，上述（18）～（23）构成本实用新型的数据记录系统。（10）和（11）分别为下限基准温度和上限基准温度设置部件，主要由电位器构成，输出电压信号，（12）和（13）分别为下限温度和上限温度电压比较器，由CA324运放构成，探头测量转换电路（7）中输出的电压信号进入比较器和设置的温度基准电压信号比较，超限时比较器才有输出。（14）和（15）为间振电路，间振频率取自二进制4位计数器（18）发出的两种不同频率，以区别高限报警与低限报警，从电压比较器来的信号使其工作，从而驱动由电压晶体（或扬声器）和发光二极管组成的超限声光报警器（16）输出报警信号或电平控制信号。上述（10）～（16）为本实用新型的温度超限报警系统。（17）为时钟发生器，是本实用新型的心脑，由CA324运放构成。

图2是测温探头（6）的外观结构。

（1）为不良导热材料制成的保护套管，温度敏感元件Rt装于套管的前端，由导线与探头测量转换电路联接。用不良导热材料做为温度敏感元件的保护套可以减少测温误差、提高探头的灵敏度。（2）为探头的塑料把柄（3）为带有屏蔽的联接导线，（4）为插座联接件，（5）为插座针孔。由于温度度敏感元件输出的测量信号与温度之间的关系一般是非线性的，需由探头测量转换电路对其线化处理。

图3.1是探头测量转换电路（7）。

E为电路电源，W为稳压管，使基准和传感元件转换端保持有共同的稳定电压，R5为稳压管稳压电流调整电阻，R₁₄为供电电位调整电位器，R₉、R₁₀、R₁₁、R₁₂、R₁₃为分压电阻，从这条支路上可输出温度超限报警区间上、下限的电压比较信号V₂和V₄，R₇用于满刻度调整，R₆、R₈用于提高调整精度，R_D为探头补偿电阻，电位器R₁₁为零度调整电位器，Rt为温度敏感元件，

为恒流源。由温度敏感元件Rt与恒流源所在支路和其它元件组成的支路构成一个变形的电子桥路，输出信号A端与R₁₁的中线构成信号输出端，E和G构成电桥电源供给端，与普通电桥的区别在于，它的一个臂在稳压电路中，且与报警电路的电压比较器（12）、（13）的输入点在同一稳压电路中，其中一桥臂为恒流供电。此电路中的Rt、R_D、R₆、R₇、R₈所组成的电桥臂装在探头插座联件（4）中，与探头合为一体，通过插座针孔（5）与转换电路的其它部分插接，便于探头之间的互换，参见图3.2。

图4给出了五／四线变换电路（21）。

由LED显示电路（9）取出的五段数字信号即可表示0～9十个数字状态，将其输入由二进制4位计数器（18）控制的多路开关（20），将五段码并行传送的信号经过开关控制变成串行节拍传输的打印信号。因为四位二进制码可表示16种不同状态，其中十个状态表示数字0～9，另外6种状态表示施能信号，因此采用了五／四线变换电路，使电路简化仅使用了两个或门将a、b、e、f、g五线信号变换为a＋b、g＋b、e、f四线信号，输出到打印编码电路（22）。

图5给出了打印编码电路。它由四个CD4051模拟开关和两个与非门构成，时钟脉冲线CP并接在两个与非门上，四根数据之一的f线与两个与非门串接。时钟脉冲的前半周期（低电平）使两个与非门输出均呈高电平，模拟开关截止呈高阻态，避免打印机读入未稳定的数据，出现操作错误；时钟脉冲的后半周期（高电平）使两个与非门的输出仅与f线状态相关。操作指令正常通过。图6给出了打印时序状态。模拟开关分为两组，每两个CD4051模拟开关    对接成一组双刀8掷模拟开关，两组组开关和两个与非门一起构成一个双刀16掷模拟开关。数据线f，e，a＋b        ，g＋b作为模拟开关地址，选通某一位置开关，模拟打印机键阵列，实现数据实时顺序打印的控制。

本实用新型由于使用了新型物理结构的探头及自行设计的探头测量转换电路，测量反应速度和精度有所提高，最大误差为±0.3％满量程，分辩力达0.1℃，测温范围－199.9～50.0℃，并且可方便地进行探头之间的互换。在数据打印部分，由于采用了五／四线变换电路和自行设计的打印编码电路，使电路简化，可靠性高，造价低。整体的重量轻，体积小，具有功能多且携带使用均方便的优点。记录系统所使用的带打印的计算器还可对测温数据进行简单处理。

本实用新型打印记录所使用的小型计算器选用了HR－8或HR－7型打印计算器，它具有十位十进制数字显示及四则运算、比率百分数和存储等多种功能。也可使用其它带打印的计算器，只需根据打印机键阵列对打印编码电路进行相应的调整。

热敏元件保护套可选用不良导热材料德英管制成，因为它不仅导热性较差，而且具有金属的硬特性。

Claims (4)

1、低温温度测量和记录仪，由测温探头、探头测量转换电路、温度数字显示装置、自动定时打印记录系统及温度超限报警装置组成，其特征在于测温探头(6)的前部是不良导热材料制成的保护套管(1)，在其前端安装了温度敏感元件R_t与R_t联接的探头测量转换电路(7)由一个变形的电子桥路构成，其中由R_t、R、R₆、R₇、R₈组成的电桥臂装在探头插座联接件(4)中，由A、R₁₁点输出与所测温度成线性比例关系的电压信号到显示电路(9)；显示电路输出的五线信号经过五/四线转换电路(21)中的两个或门化简为四线有效信号输出到打印编码电路(22)。

2、如权利要求1所述的低温温度测量和记录仪，其特征在于探头测量转换电路在V₂、V₄点输出与上、下限报警基准温度比较的电压信号。

3、如权利要求1所述的低温温度测量和记录仪，其特征在于数字显示中的“C”符号是通过将七段码管及后面的小数点倒向联接实现的。

4、如权利要求1所述的低温温度测量和记录仪，其特征在于打印编路电路（22）由两组模拟开关和两个与非门构成，每组开关又由两个单路8通道模拟开关对接而成，由两个与非门控制两组模拟开关的选通。

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