專利名稱：免調(diào)整智能熱量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種測量物質(zhì)發(fā)熱量的裝置，特別是一種免調(diào)整智能熱量儀。
測量煤、油等物質(zhì)的發(fā)熱量多用氧彈法，它是將氧彈(一高壓容器)置于量熱計內(nèi)筒中，被測物質(zhì)在充氧的氧彈中充分燃燒，測出燃燒后的溫升Δt，按下式計算出發(fā)熱量Q=Q=EΔtm]]>，式中省去了其他無關(guān)的次要因素，E為量熱計的熱量容量，M為試樣的質(zhì)量，量熱計的熱容量E通過具有標準發(fā)熱量的物質(zhì)，如苯甲酸來標定。有如下三個原因?qū)е履壳傲餍械奈C熱量儀要求在測定發(fā)熱量時與標定熱容量時的內(nèi)桶溫度相差超過5K時，應(yīng)重新標定熱容量，一是當物質(zhì)的比熱容與溫度有關(guān)，故E也與溫度有關(guān)，二是當測溫儀器存在非線性誤差時，標定熱容量時與測定發(fā)熱量時的內(nèi)桶溫度的差別會帶來發(fā)熱量測量誤差，三是當環(huán)境溫度變化時，儀器的測溫靈敏度和零點漂移。
本實用新型的目的在于提供一種使得熱量儀能在其測溫范圍內(nèi)標定熱容量后，可在任意內(nèi)桶溫度下(測量范圍內(nèi))測定發(fā)熱量，而不必重新標定熱容量的免調(diào)整智能熱量儀。
本實用新型的目的是通過如下方式實現(xiàn)的免調(diào)整智能熱量儀是由電阻Rt、R1和電阻R3、R4組成測量電橋，由電阻R0、RK、RL和電阻R3、R4組成校準電橋，測量電橋和校準電橋經(jīng)分接開關(guān)S接放大器A，輸出至模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC輸出至微機PC。測量傳感器電阻Rt采用4線接法。校準電橋的校準支路R0、RK、RL上有兩個分接點接分接開關(guān)S。
本實用新型免調(diào)整智能熱量儀的優(yōu)點是
(1)由于測溫線性度大幅度提高(全量程小于±0.0005℃，同類儀器為每5℃小于±0.002℃)，從而提高了熱量儀的發(fā)熱量測量精度。
(2)由于測溫線性度的提高，加上采取了熱容量的溫度補償修正，大大提高了儀器的環(huán)境適應(yīng)性，不需經(jīng)常標定熱容量，節(jié)約了時間和勞動人。同類儀器要求如果在測定發(fā)熱量時，環(huán)境溫度與標定熱容量時的環(huán)境溫度相差超過5℃，則必須重新標定熱容量，否則不能保證精確度。本儀器在測溫范圍(5-45℃)的任一溫度下標定熱容量后，可以在環(huán)境溫度5-45℃范圍內(nèi)測定發(fā)熱量均可保證精確度而不需重新標定熱容量。
(3)動態(tài)校準技術(shù)大大提高了儀器的溫度穩(wěn)定性和時間穩(wěn)定性。該儀器只有4個電阻影響儀器的穩(wěn)定性，同類熱量儀中引起漂移的元器件至少有測量電橋電阻、放大器的增益電阻、基準電源的分壓電阻以及放大器ADC等(4)動態(tài)校準使熱量儀成為免調(diào)整儀器，在生產(chǎn)和使用中無須任何調(diào)整，而同類儀器使用了2-3個電位器調(diào)零、調(diào)滿度，調(diào)線性度(有的無線性調(diào)整)，費時費工且故障多、返修率高。
(5)由于采用了動態(tài)校準，降低了對元器件溫度穩(wěn)定性的要求，節(jié)約了成本。


圖1是本實用新型電路原理圖；圖2是本實用新型儀器熱容量與溫度關(guān)系曲線圖。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細說明如圖1所示本實用新型免調(diào)整智能熱量儀是由電阻Rt、R1和電阻R3、R4組成測量電橋，由電阻R0、RK、RL和電阻R3、R4組成校準電橋，測量電橋和校準電橋經(jīng)分接開關(guān)S接放大器A，輸出至模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC輸出至微機PC。測量傳感器電阻Rt采用4線接法，消除引線的溫度系數(shù)對測量結(jié)果的影響，分接開關(guān)S的1點接至RK、RL之間，用以校準量程低端，分接開關(guān)S的2點接至R0與RK之間，用以校準量程高端。本實用新型是通過如圖1所示電路對儀器進行動態(tài)自校準，通過計算機內(nèi)的軟件的解析計算方法對電橋的非線性和電阻Rt傳感器的非線性進行完全線性化，采用計算機查表計算對熱容量隨溫度的變化進行修正。
本實用新型的工作原理如下1.用如圖1所示的電路對儀器進行動態(tài)自校準，圖中R1、Rt構(gòu)成測量支路，R0、RK、RL構(gòu)成校準支路，R3、R4構(gòu)成電平偏移支路，Rt為鉑電阻傳感器。傳感器Rt采用4線接法、以降低環(huán)境溫度變化時連接線引起的測量誤差。R1、R2、RK、RL采用高精度、低溫漂電阻，A為放大器，ADC為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，PC為微機。
當多路開關(guān)S處于位置1時，校準量程低端，ADC輸出為NL=(RLR0+RK+RL-R4R3+R4)VRG+N0---(1)]]>式中G為A和ADC的傳輸系數(shù)，N0為零點輸出。當多路開關(guān)處于位置2時，校準量程高端，ADC輸出為NH=(RL+RKR0+RK+RL-R4R3+R4)VRG+N---(2)]]>當多路開關(guān)處于位置3時，得測溫輸出，ADC輸出為Nt=(RtRt+R1-R4R3+R4)VRG+N0---(3)]]>于是有NH-NL=(RL+RKR0+RK+RL-RLR0+RK+RL)VRG---(4)]]>G=R0+RK+RLVRRK(NH-NL)---(5)]]>Nt-NL=(RtR1+Rt-RLR0+RK+RL)VRG---(6)]]>由(5)(6)式可計算出Rt，且其誤差及漂移僅與R1、R0、RK、RL四個電阻有關(guān)，與放大器A、ADC、橋壓均無關(guān)系。
2、采用軟件解析計算的方法對電橋的非線性和鉑電阻傳感器的非線性進行完全線性化。由式(5)和(6)直接計算可得Rt=R1(Aa+B)1-(Aa+B)---(7)]]>從而實現(xiàn)了電橋的完全線性化，式中a=Nt-NLNL-NL,A=RKR0+RK+RL,B=RLR0+RK+RL]]>鉑電阻的傳輸方程為Rt＝R0(1＋at＋bt2)式中a＝3.90802×10-3，b＝-5.802×10-7，R0為傳感器0℃時的電阻值，Rt由(7)式算出。用軟件解二次方程(8)計算出溫度t，即實現(xiàn)了傳感器的完全線性化。
3.采用軟件方法對熱容量隨溫度的變化進行修正。儀器的熱容量由氧彈、內(nèi)桶、內(nèi)桶中的水、氧彈中的氣體的熱容量相加而成，比熱與溫度的關(guān)系如圖2，金屬的比熱在0-50℃內(nèi)一般與溫度成線性關(guān)系，且隨溫度升高而增大，不同的金屬其關(guān)系不同。通過計算和/或?qū)崪y可得出儀歸一化器熱容量E*與溫度的關(guān)系，E*＝E/Emin，Emin為測溫范圍內(nèi)的最小熱容量，E為溫度A時的熱容量，在任一溫度t0下標定其熱容量，得到標定的熱容量時，根據(jù)內(nèi)桶溫度t查表得出該溫度下的歸一化熱容量E*再計算得出該溫度下的熱容量E＝E*·Emin。
權(quán)利要求1.一種免調(diào)整智能熱量儀，其特征是由電阻Rt、R1和電阻R3、R4組成測量電橋，由電阻R0、RK、RL和電阻R3、R4組成校準電橋，測量電橋和校準電橋經(jīng)分接開關(guān)S接放大器A，輸出至模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC輸出至微機PC。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述免調(diào)整智能熱量儀，其特征在于測量傳感器電阻Rt采用4線接法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述免調(diào)整智能熱量儀，其特征在于校準電橋的校準支路R0、RK、RL上有兩個分接點接分接開關(guān)S。
專利摘要本實用新型涉及一種測量物質(zhì)發(fā)熱量的裝置,它解決了熱量儀測定發(fā)熱量不準確和標定熱容量調(diào)整的困難。它是由電阻R
文檔編號G01N25/20GK2476816SQ0121371
公開日2002年2月13日 申請日期2001年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月27日
發(fā)明者成繼勛, 徐光遠 申請人:湘潭工學(xué)院