专利名称：热电阻实验模块和工程教学实验系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种教学实验用具，尤其涉及一种热电阻实验模块。
背景技术：
目前很多高校的工程教学类实验仪器功能固定，多采用仪表、单片机等元件，难以与计算机相连，多数设备缺乏扩展性，某些现有的可以实现模块化的工程教学类实验仪器， 显示方面主要靠仪表盘，整体体积较大。
实用新型内容针对目前工程教学类实验仪器整体体积较大的问题，本实用新型提供一种热电阻实验模块和工程教学实验系统，能够有效的减小整体实验仪器的体积。一种热电阻实验模块，包括用于提供分压和调整恒流源输出电流大小的电阻的备选电阻模块、恒流源法测量模块和/或分压法测量模块，以及用于识别热电阻实验模块的移位寄存器，恒流源法测量模块用于为待测热电阻提供恒定电流，分压法测量模块用于与备选电阻模块中的电阻组成串联电路，移位寄存器、恒流源法测量模块以及分压法测量模块均与外部的工程教学实验平台相连。进一步地，恒流源法测量模块包括运算放大器、用于外接电阻的一对第一电阻连接端以及用于外接待测热电阻的一对第一热电阻连接端，运算放大器包括正极输入端、负极输入端和放大信号输出端；负极输入端和放大信号输出端与一对第一热电阻连接端并联，正极输入端与外部的电源模块相连，一对第一电阻连接端的一端接地，另一端与负极输入端相连。进一步地，分压法测量模块包括用于外接电阻的一对第二电阻连接端以及用于外接待测热电阻一对第二热电阻连接端，一对第二电阻连接端串接在外部电源与所述一对第二热电阻连接端的一端之间，一对第二热电阻连接端的另一端接地。进一步地，所述备选电阻模块包括至少一个电阻，每个电阻的两端设置有一对第三电阻连接端；第三电阻连接端和第一电阻连接端或第二电阻连接端通过杜邦线建立电连接。进一步地，备选电阻模块包括多个组织各不相同的电阻。进一步地，移位寄存器为SN74HC16 。一种工程教学实验系统,包括如上所述的热电阻实验模块，以及工程教学实验平台；工程教学实验平台包括信号输入输出接口模块和电源模块，热电阻实验模块与信号输入输出接口模块和电源模块可插拔式电连接。进一步地，信号输入输出接口模块包括通信通道端以及模拟信号端，模拟信号端与一对第一热电阻连接端和第二热电阻连接端相连，通信通道与移位寄存器相连，移位寄存器与电源模块相连。[0014]进一步地，热电阻实验模块还包括用于显示电源模块工作状态的指示电路，指示电路与电源模块连接。进一步地，指示电路包括第四电阻以及发光二极管，发光二极管的阳极与第四电阻的一端相连，第四电阻的另一端和发光二极管的阴极均与所述电源模块相连。本实用新型提供的一种热电阻实验模块和工程教学实验系统，通过将实验模块搭载在工程教学实验平台上，能够有效的减小整体实验仪器的体积。
图I为本实用新型提供的热电阻实验模块的结构示意图。 图2为本实用新型提供的工程教学实验系统的结构示意图。图3为本实用新型提供的工程教学实验系统一种实施例的电路原理图。图4为本实用新型提供的工程教学实验系统另一实施例的电路原理图。
具体实施方式
下面参照附图来说明本实用新型的实施例。在本实用新型的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或者更多个其他附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚目的，附图和说明中省略了与本实用新型无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。热电阻(Resistance Temperature Detector),是由感温材料制成的电阻,利用该电阻，可以将温度的测量转换为电阻阻值的测量。如图I所示，一种热电阻实验模块20，包括用于提供分压和调整恒流源输出电流大小的电阻的备选电阻模块204、恒流源法测量模块202和/或分压法测量模块201，以及用于识别热电阻实验模块20的移位寄存器203，恒流源法测量模块202用于为待测热电阻提供恒定电流，分压法测量模块201用于与备选电阻模块204中的电阻组成串联电路，移位寄存器203、恒流源法测量模块202以及分压法测量模块201均与外部的工程教学实验平台相连。如图4所示，恒流源法测量模块202包括运算放大器Q、用于外接电阻的一对第一电阻连接端205以及用于外接待测热电阻的一对第一热电阻连接端206，运算放大器Q包括正极输入端、负极输入端和放大信号输出端，负极输入端和放大信号输出端与一对第一热电阻连接端206并联,正极输入端与外部的电源模块相连，一对第一电阻连接端205的一端接地，另一端与负极输入端相连。如图3所示，分压法测量模块201包括用于外接电阻的一对第二电阻连接端207以及用于外接待测热电阻一对第二热电阻连接端208，一对第二电阻连接端207串接在外部电源与一对第二热电阻连接端208的一端之间，一对第二热电阻连接端208的另一端接地。待测热电阻可以是任意型号和材质的热电阻，例如，可以是PT100电阻和/或PT1000电阻。PT100电阻即为以金属钼为材料且在0°C下标称阻值为100欧的电阻，同理，PT1000电阻为以金属钼为材料且在0°C下标称阻值为1000欧的电阻。PT100电阻和PT1000电阻的温度与阻值之间的关系如下[0028]在-19(TC (TC范围内Rt=RQ[l+At+Bt2+C(t-100)t3]；在(TC"630. 755°C范围内Rt = Rtl(1+At+Bt2)。其中，Rt与Rtl分别为t°C下和(TC下的电阻值，A、B、C为常数。针对PT100电阻和 PT1000 电阻，常数 A、B、C 的取值可以是Α=3· 92847 X 1(Γ3/ V，Β=_6 X 1(Γ7/ V，C=-4. 22 X IO^1V0C ο优选地，备选电阻模块204包括至少一个电阻，每个电阻的两端设置有一对第三电阻连接端209 ;—对第三电阻连接端209和第一电阻连接端205或第二电阻连接端207通过杜邦线建立电连接。优选地，备选电阻模块204包括阻值不同的多个电阻，例如，可包括200欧、300欧、 500欧、Ik欧、2k欧电阻的一种或多种。当待测热电阻为PT100电阻时，可优选阻值为200欧、300欧或500欧的电阻来接入恒流源法测量模块或分压法测量模块；当待测热电阻为PT1000电阻时，可优选阻值为Ik欧或2k欧的电阻来接入恒流源法测量模块或分压法测量模块。优选地，移位寄存器203为SN74HC16 单片机。如图2所述,一种工程教学实验系统,包括如上所述的热电阻实验模块20，以及工程教学实验平台10 ；工程教学实验平台10包括信号输入输出接口模块101和电源模块102，热电阻实验模块20与信号输入输出接口模块101和电源模块102可插拔式电连接。信号输入输出接口模块101包括通信通道端以及模拟信号端，模拟信号端与一对第一热电阻连接端206和一对第二热电阻连接端208相连，通信通道端与移位寄存器203相连，移位寄存器203与电源模块102相连，模拟信号端通过第一热电阻连接端206或第二热电阻连接端208采集待测热电阻两端的电压。热电阻实验模块20还包括用于显示电源模块102工作状态的指示电路210，指示电路210与电源模块102连接。指示电路210包括第四电阻R4以及发光二极管LED，发光二极管LED的阳极与第四电阻R4的一端相连，第四电阻R4的另一端和发光二极管LED的阴极均与电源模块102相连。以下通过具体实施例进一步说明本实用新型的工作原理。 实验时，热电阻实验模块20插到工程教学实验平台10对应的插槽内，发光二极管LED点亮，表示热电阻实验模块20正常工作。采用图3的连接方式，通过分压法测量从备选电阻模块204中选择一个电阻，将两端的一对第三电阻连接端209通过杜邦线与第二电阻连接端207建立连接，电源模块102提供固定的电压Vcc，从备选电阻模块204中选择的用于分压电阻，并从第二热电阻连接端208接入待测量的热电阻，从而使得从备选电阻模块204中选择的电阻与待测量的热电阻形成串联电路。流经该串联电路的电流i= (Vcc-Vt)/Ri，其中Vt为热电阻两端的电压，Ri为从备选电阻模块204中选择的电阻的阻值。因此，可得到热电阻的阻值为Rt=Vt/i=VtRi/(Vcc-Vt)0通过测量Vt的值(例如通过虚拟仪器测量Vt的值)，再根据热电阻的阻值与温度之间的关系，即可计算得出当前的温度值。在一种实施方式中，例如可以用万用表测得Vcc的值。[0043]信号输入输出接口模块101通过虚拟仪器设备与计算机相连(图中未示出)，信号输入输出接口模块101中的模拟信号端与一对第二热电阻连接端208相连，通信通道与移位寄存器203相连，虚拟仪器通过移位寄存器203识别当前工作的热电阻实验模块20，将待测的热电阻与第二热电阻连接端208连接，虚拟仪器设备通过第二热电阻连接端208测量热电阻两端的电压，温度改变，则采集到的电压信号也改变，虚拟仪器设备通过热电阻两端的电压、电源模块102提供的电压以及备选电阻的阻值计算出热电阻的阻值，并在计算机上显示。采用如图4的连接方式，通过恒流源法测量将热电阻并接在运算放大器Q负极输入端与放大信号输出端两端的第一热电阻连接端206上,备选电阻模块204中选择其中一个电阻，将两端的第三电阻连接端209通过杜邦线与第一电阻连接端205建立连接，电源模 块102提供固定的电压Vcc，此处从备选电阻模块204中选择的电阻用于调整恒流源输出电流的大小。此时,流经热电阻的电流为i=Vcc/Ri (Ri为从备选电阻模块204中选择的电阻的阻值)。通过电压测量模块测量热电阻两端的电压Vt，即可得到热电阻的阻值Rt=Vt/i=VtRi/Vcc0再根据热电阻的阻值与温度之间的关系，即可计算得出当前的温度值。在一种实施方式中，例如可以用万用表测得Vcc的值。测量过程中电流保持不变，温度改变，热电阻两端的电压信号也改变，虚拟仪器设备通过第一热电阻连接端206或第二热电阻连接端208测量热电阻两端的电压，虚拟仪器设备通过热电阻两端的电压和电流计算出热电阻的阻值，并在计算机上显示。本实用新型提供的一种热电阻实验模块和工程教学实验系统，热电阻实验模块搭载在工程教学实验平台上，能够有效的减小整体实验仪器的体积。虽然已经详细说明了本实用新型及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本实用新型的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本申请的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本实用新型的公开内容将容易理解，根据本实用新型可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。
权利要求1.ー种热电阻实验模块，其特征在于，所述热电阻实验模块包括用于提供分压和调整恒流源输出电流大小的电阻的备选电阻模块、恒流源法測量模块和/或分压法测量模块，以及用于识别所述热电阻实验模块的移位寄存器； 所述恒流源法測量模块用于为待测热电阻提供恒定电流； 所述分压法测量模块用于与备选电阻模块中的电阻组成串联电路； 所述移位寄存器、所述恒流源法測量模块以及分压法测量模块均与外部的工程教学实验平台相连。
2.根据权利要求I所述的热电阻实验模块，其特征在于，所述恒流源法測量模块包括运算放大器、用于外接电阻的ー对第一电阻连接端以及用于外接待测热电阻的ー对第一热电阻连接端； 所述运算放大器包括正极输入端、负极输入端和放大信号输出端； 所述负极输入端和所述放大信号输出端与所述ー对第一热电阻连接端并联，所述正极输入端与外部的电源模块相连，所述ー对第一电阻连接端的一端接地，另一端与所述负极输入端相连。
3.根据权利要求2所述的热电阻实验模块，其特征在于，所述分压法測量模块包括用于外接电阻的ー对第二电阻连接端以及用于外接待测热电阻ー对第二热电阻连接端； 所述ー对第二电阻连接端串接在外部电源与所述ー对第二热电阻连接端的一端之间，所述ー对第二热电阻连接端的另一端接地。
4.根据权利要求3任一所述的热电阻实验模块，其特征在于，所述备选电阻模块包括至少ー个电阻，每个电阻的两端设置有ー对第三电阻连接端； 所述第三电阻连接端和所述第一电阻连接端或第二电阻连接端通过杜邦线建立电连接。
5.根据权利要求4所述的热电阻实验模块，其特征在于所述备选电阻模块包括多个阻值各不相同的电阻。
6.根据权利要求I所述的热电阻实验模块，其特征在于，所述移位寄存器为SN74HC165D。
7.—种工程教学实验系统，其特征在于，所述工程教学实验系统包括 如权利要求I至6任一所述的热电阻实验模块，以及工程教学实验平台； 所述工程教学实验平台包括信号输入输出接ロ模块和电源模块，所述热电阻实验模块与所述信号输入输出接ロ模块和所述电源模块可插拔式电连接。
8.根据权利要求7所述的工程教学实验系统，其特征在于，所述信号输入输出接ロ模块包括通信通道端以及模拟信号端； 所述模拟信号端与所述第一热电阻连接端和第二热电阻连接端相连，所述通信通道端与所述移位寄存器相连，所述移位寄存器与所述电源模块相连。
9.根据权利要求7所述的工程教学实验系统，其特征在于，所述热电阻实验模块还包括用于显示所述电源模块工作状态的指示电路，所述指示电路与所述电源模块连接。
10.根据权利要求9所述的工程教学实验系统，其特征在于，所述指示电路包括第四电阻以及发光二极管，所述发光二极管的阳极与第四电阻的一端相连，所述第四电阻的另ー端和所述发光二极管的阴极均与所述电源模块相连。
专利摘要本实用新型提供一种热敏电阻实验模块和工程教学实验系统，其中热敏电阻实验模块包括用于提供分压和调整恒流源输出电流大小的电阻的备选电阻模块、恒流源法测量模块和/或分压法测量模块，以及用于识别热敏电阻实验模块的移位寄存器，恒流源法测量模块用于为待测热敏电阻提供恒定电流，分压法测量模块用于与备选电阻模块中的电阻组成串联电路，移位寄存器、恒流源法测量模块以及分压法测量模块均与外部的工程教学实验平台相连，本实用新型通过将实验模块搭载在工程教学实验平台上，能够有效的减小整体实验仪器的体积。
文档编号G09B23/18GK202650371SQ20122022205
公开日2013年1月2日 申请日期2012年5月16日 优先权日2012年5月16日
发明者李兴越, 刘熠, 陈婷 申请人:北京泛华恒兴科技有限公司