專利名稱：自動選檔式非平衡電橋溫差測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種數(shù)字式溫差測量儀，尤其是自動選檔式非平衡電橋溫差測量儀。
根據(jù)測量和實驗的需要，數(shù)字式溫差測量儀要達到的技術(shù)指標如下測量溫差的溫度范圍為-20℃~+120℃，穩(wěn)定度為±0.001℃(溫差范圍-5℃~+5℃，應(yīng)為在一次實驗中溫差范圍變化值不會超過-5℃~+5℃)，同時需顯示實際溫度值，穩(wěn)定度為±0.1℃。需要能在測量溫差的溫度范圍-20℃~+120℃中的任何一點溫度內(nèi)溫差顯示值清零，以此為零點開始實驗測量溫差值。
因為測量溫差的溫度范圍為-20℃~+120℃，穩(wěn)定度為±0.001℃，因為測量溫度的范圍寬，且測量的精度要求高，所以理論上需要A/D轉(zhuǎn)換器至少為18bit。以上方案設(shè)計儀器，生產(chǎn)成本較高。
本實用新型的目的是提供一種自動選檔式非平衡電橋溫差測量儀，能自動覆蓋較大的溫度測量范圍，且生產(chǎn)成本較低。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的自動選檔式非平衡電橋溫差測量儀，包括測量、放大電路、AD轉(zhuǎn)換電路和微處理器、顯示電路構(gòu)成，測量電路為一個電橋，包括測量電阻和其它電阻構(gòu)成橋臂，其中測量電阻為鉑電阻，且作為一個橋臂，鉑電阻制成一測溫探頭安放在測溫區(qū)，其特征是所述電橋為自動選檔式非平衡電橋，與鉑電阻對稱的一個橋臂的電阻分為6-16檔，每檔電阻值相同，測量電路還包括另設(shè)有的模擬開關(guān)電路，模擬開關(guān)電路的多個輸入端與橋臂電阻多擋輸出相連接，由微處理器的控制端連接模擬開關(guān)電路的控制口，電橋輸出先經(jīng)模擬開關(guān)再連接放大電路，放大電路輸出連接A/D轉(zhuǎn)換電路。
本實用新型的特點是采用自動選檔式非平衡電橋代替固定電橋，能自動覆蓋較大的溫度測量范圍，測量精度高，A/D轉(zhuǎn)換器采用14bit就可以達到技術(shù)要求，生產(chǎn)成本較低。電路特點還包括高可靠性由于橋路線路和元器件全部焊接在線路板上，不存在機械觸點，可靠性和壽命大大增加。使用方便，儀器自動選檔，操作者只需打開儀器電源便可直接使用。
以下結(jié)合附圖并通過實施例對本實用新型作進一步說明

圖1為本實用新型電路框圖圖2為本實用新型測量放大電路圖圖3為本實用新型控制電路圖圖4為本實用新型程序框圖如圖所示，圖2非平衡電橋測量放大電路為本實用新型核心根據(jù)測量范圍和要求，選用經(jīng)過多次液氮-室溫-液氮熱循環(huán)處理過的Pt100鉑電阻作溫度傳感器，它的線性度、復(fù)現(xiàn)性及靈敏度在-20℃~+120℃符合設(shè)計要求。測量電路做成自動選檔式非平衡電橋形式。Pt100鉑電阻作為一個橋臂，做成一個測溫探頭安放在測溫區(qū)，為抵消長引線帶來的干擾，鉑電阻采用三線制接法。另外三個臂選用溫度穩(wěn)定性很好的錳銅電阻(電阻準確度萬分之一)，與Pt100鉑電阻對稱的一個臂分為8檔，從100歐到142歐，每檔6歐，完全覆蓋-20℃~+120℃測溫區(qū)域。橋臂選檔由89C51控制口控制8/1模擬開關(guān)4051來完成，電橋輸出電壓(即如圖2Pt100上標“To儀表放大器”端和4051輸出端電壓)經(jīng)放大后輸出到A/D轉(zhuǎn)換器。圖2中放大電路采用由三片OP07構(gòu)成的儀表放大電路，該放大電路具有低漂移、高精度等特點。
由軟件實現(xiàn)電橋自動選檔，當儀器開機時，微處理器選通模擬開關(guān)第1檔，然后微處理器實時處理采集到的A/D數(shù)值，根據(jù)A/D數(shù)值和矯正參數(shù)自動調(diào)整通模擬開關(guān)檔位使采樣值最小，整個過程小于2秒。如模擬開關(guān)處于第1檔時采樣值為負的滿量程，則微處理器控制模擬開關(guān)選為第2檔，以次類推直到選中合適檔位。另外，在儀器工作過程中，由于傳感器處的溫度變化使采樣值超過量程，微處理器會控制模擬開關(guān)自動跳到合適的檔位。
A/D轉(zhuǎn)換器選用具有自校零技術(shù)的14bit雙積分型ICL7135芯片，它能把0~±1.9999V的模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，分辨率0.0001V，轉(zhuǎn)換速度10次/秒。
存儲器，因為本系統(tǒng)選用89C51微處理器，它內(nèi)部有4KflashROM(足夠本儀器用來存儲程序)和256byte RAM。但為了保存矯正參數(shù)，選用電擦除可編程只讀存儲器EEPROM 24C01A作輔助存儲器，它能在應(yīng)用系統(tǒng)中進行在線改寫，并能在斷電情況下保存數(shù)據(jù)而不需保護電源，另外，它為串行讀寫方式，只占用微處理器2個I/O口。
參數(shù)矯正按鈕用來修改矯正參數(shù)，共有兩個按鈕，一個用來增加參數(shù)值，另一個用來減小參數(shù)值。
顯示器本系統(tǒng)有足夠的I/O口和CPU時間，采用13條微處理器I/O口直接驅(qū)動5位共陽極動態(tài)LED顯示器。降低了系統(tǒng)成本。
圖3中串行通信電路中，89C51輸出的串行TTL電平信號經(jīng)MAX202轉(zhuǎn)換為RS-232C信號，來實現(xiàn)儀器和計算機的數(shù)據(jù)通信。MAX202電平轉(zhuǎn)換芯片內(nèi)部有DC-DC轉(zhuǎn)換器，能將5V電壓轉(zhuǎn)換為±12V電壓，此芯片只需5V電源就可正常工作。
本實用新型還設(shè)有“看門狗”電路，采用555振蕩電路及74LS123單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，構(gòu)成了一個簡易的看門狗電路，使系統(tǒng)具有自恢復(fù)功能。即使系統(tǒng)受到干擾程序跑飛，看門狗電路可使微處理器復(fù)位，系統(tǒng)自動恢復(fù)。
另還設(shè)有報時電路，每30秒驅(qū)動蜂鳴片鳴叫一次，提醒實驗者。
圖4所示，結(jié)合軟件框圖，說明本實用新型的流程系統(tǒng)軟件主要由主程序、中斷服務(wù)程序和子程序等組成。主程序結(jié)構(gòu)圖如圖所示，完成系統(tǒng)初始化、按鍵狀態(tài)查詢、根據(jù)各種參數(shù)計算溫差值(包括溫差值的非線性矯正)以及橋臂選檔、向PC機發(fā)送溫差值。中斷服務(wù)程序有A/D采樣中斷子程序、顯示中斷子程序、時鐘中斷程序。軟件采用模塊化程序設(shè)計，各模塊源程序用符合ANSI標準的C語言編寫，然后由Franklin C51編譯器生成一個可重新定位的目標文件。再將目標文件固化入89C51中的ROM中即可。
權(quán)利要求1.自動選檔式非平衡電橋溫差測量儀，包括測量、放大電路、AD轉(zhuǎn)換電路和微處理器、顯示電路構(gòu)成，測量電路為一個電橋，包括測量電阻和其它電阻構(gòu)成橋臂，其中測量電阻為鉑電阻，且作為一個橋臂，鉑電阻制成一測溫探頭安放在測溫區(qū)，其特征是所述電橋為自動選檔式非平衡電橋，與鉑電阻對稱的一個橋臂的電阻分為6-16檔，每檔電阻值相同，測量電路還包括另設(shè)有的模擬開關(guān)電路，模擬開關(guān)電路的多個輸入端與橋臂電阻多擋輸出相連接，由微處理器的控制端連接模擬開關(guān)電路的控制口，電橋輸出先經(jīng)模擬開關(guān)再連接放大電路，放大電路輸出連接A/D轉(zhuǎn)換電路。
2.由權(quán)利要求1所述的自動選檔式非平衡電橋溫差測量儀，其特征是鉑電阻采用三線制接法。
3.由權(quán)利要求1所述的自動選檔式非平衡電橋溫差測量儀，其特征是所述電橋的另外三個臂選用溫度穩(wěn)定性好的錳銅電阻，與Pt100鉑電阻對稱的一個臂分為8檔，從100歐到142歐，每檔6歐。
專利摘要自動選檔式非平衡電橋溫差測量儀，包括測量、放大電路、AD轉(zhuǎn)換電路和微處理器、顯示電路構(gòu)成，測量電路為一個電橋，電橋為自動選檔式非平衡電橋，與鉑電阻對稱的一個橋臂的電阻分為6—16檔，每檔電阻值相同，測量電路還包括另設(shè)有的模擬開關(guān)電路，模擬開關(guān)電路的多個輸入端與橋臂電阻多擋輸出相連接，電橋輸出先經(jīng)模擬開關(guān)再連接放大電路，放大電路輸出連接A/D轉(zhuǎn)換電路。本實用新型給測量帶來了方便。
文檔編號G01K3/00GK2476006SQ0123781
公開日2002年2月6日 申請日期2001年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月16日
發(fā)明者潘紅兵, 紀圣謀, 劉先昆, 張駿, 徐健健 申請人:南京大學(xué)