专利名称：一种多点高精度温度实时自动测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种温度测量装置，特别是一种多点高精度温度实时自动测量装置。
背景技术：
目前，在温度测量中较为常用的有水银温度计、热电偶型温度计、热敏电阻型温度计、 半导体温度计和铂电阻温度计。水银温度计操作较为复杂，并且存在人为的读数误差，不能 实时测量，不能自动记录，不能与计算机接口实现数字化等缺陷；热电偶型温度计结构简单 ，测量温度范围较广，线性度好，但它的测量精度较低；热敏电阻型温度计是目前数字式温 度计中使用最，广泛的一种，以结构简单、灵敏度高、价格低廉为其主要特点，但其测量精 度也较低；半导体温度计使用较为方便，但同样存在测量精度较低的缺陷；铂电阻温度计有 测温范围广，精度高等特点，但容易受温度、电源波动的影响。
光栅测长仪是一种测量长度的大型仪器，由于其测量精度高、范围宽，而被广泛应用于 计量、计量生产、军工、航天航空等部门。光栅测长仪在使用时，环境温度、自身温度、待 测物体温度之间的微小差别引起的热膨胀产生的误差，都会影响到测量的精确度。因此，测 量长度时，还需要使用温度计同时测量环境温度、光栅测长仪温度、待测物体温度，然后根 据温度误差计算出测量误差，从而获得长度测量的修正值，并要求测量温度的精确度为十 o. rc，三路温度的测量读数需要有很好的一致性和重复性。而上述的这些温度计无法满足 光栅测长仪的要求。
实用新型内容
本实用新型要解决的问题是提供一种测量精度高、制作成本较低、操作简单、避免了 人为的读数误差，并能实时测量，自动记录，与计算机接口实现数字化，且具有抗干扰能力 强，测量时一致性和重复性好的特点，能满足光栅测长仪的温度测量要求的多点高精度温度 实时自动测量装置，以克服现有技术的不足。
本实用新型是这样构成的，它包括单片机U2和连接单片机U2输出的显示单元和接口单元 ，它的构成还包括测温振荡单元、本机振荡单元、跟随器、混频单元、选频单元、放大整 形单元、多路开关；测温振荡单元和本机振荡单元的输出各连接一个跟随器，两个跟随器的 输出与混频单元连接，混频单元的输出经选频单元、放大整形单元和多路开关后与单片机U2 连接。
上述的多点高精度温度实时自动测量装置中，所述的测温振荡单元的构成包括测温晶振 Yl-2、电阻R1-1、电容C1-1、 Cl-2、三极管Q1-1;测温晶振Y1-2的一端经电容C1-1后与三极 管Q1-1的基极连接、其另一端与三极管Q1-1的集电极连接，电阻R1-1连接在三极管Q1-1的基 极和集电极之间，电容C1-2连接在三极管Q1-1的基极和发射极之间，三极管Q1-1的发射极接 地，三极管Q1-l的集电极作为测温振荡单元的输出端。
前述的多点高精度温度实时自动测量装置中，所述的本机振荡单元的构成包括恒温晶振 Y1-1、电阻R1-7、电容C1-8、 C1-9、三极管Q1-3;测温晶振Y1-1的一端经电容C1-8后与三极 管Ql-3的基极连接、其另一端与三极管Ql-3的集电极连接，电阻Rl-7连接在三极管Ql-3的基 极和集电极之间，电容Cl-9连接在三极管Ql-3的基极和发射极之间，三极管Ql-3的发射极接 地，三极管Ql-3的集电极作为本机振荡单元的输出端。
前述的多点高精度温度实时自动测量装置中，所述连接测温振荡单元输出的跟随器的构 成包括电源、三极管Ql-2、电阻Rl-2、 Rl-3、电容Cl-3，三极管Q1-1的集电极与三极管Ql-2 的基极连接，电阻R1-2连接在三极管Q1-1的基极与电源之间，电容C1-3—端连接三极管Q1-1 的基极、另一端接地，电阻R1-3—端连接三极管Q1-1的发射极、另一端接地，三极管Ql-2的 发射极作为连接测温振荡单元的跟随器的输出端。
前述的多点高精度温度实时自动测量装置中，所述连接本机振荡单元输出的跟随器的构 成包括电源、三极管Ql-4、电阻Rl-8、 Rl-9、电容C1-10，三极管Ql-3的集电极与三极管 Ql-4的基极连接，电阻Rl-8连接在三极管Ql-4的基极与电源之间，电容C1-10—端连接三极 管Ql-4的基极、另一端接地，电阻Rl-9—端连接三极管Ql-4的发射极、另一端接地，三极管 Ql-4的发射极作为连接本机振荡单元的跟随器的输出端。
前述的多点高精度温度实时自动测量装置中，所述的混频单元的构成包括电源、三极管 Ql-5、电阻R1-4、 R1-5、 R1-10、 R1-11、电容C1-4、 C1-5、 C1-11、 C1-12;电容C1-4一端与 连接测温振荡单元的跟随器的输出端连接，另一端与三极管Ql-5的基极连接，电容C1-11一 端与连接本机振荡单元的跟随器的输出端连接，另一端与三极管Ql-5的发射极连接，电源分 别经电阻Rl-4后与三极管Ql-5的基极连接、经电阻Rl-5后与三极管Ql-5的集电极连接、经电 容Cl-5后接地，三极管Q1-5的基极经电阻R1-10后接地，三极管Q1-5的发射极经电阻R1-11后 接地，三极管Ql-5的集电极经电容C 1-12后接地。
前述的多点高精度温度实时自动测量装置中，所述的选频单元的构成包括极性电容C 1-6 、电阻Rl-6;极性电容Cl-6的正极与三极管Ql-5的集电极连接、负极与电阻Rl-6的一端连接
前述的多点高精度温度实时自动测量装置中，放大整形单元的构成包括放大整形模块 Ul-l和电容Cl-7;放大整形模块Ul-l的TH0LD端和TRIG端与电阻Rl-6的另一端连接、VCC端和 RESET端连接芯片电源、CV0LT端经电容Cl-7后接地、GND端接地、OUT端是输出端。
前述的多点高精度温度实时自动测量装置中，所述的多路开关的构成包括与非门U6、选 择芯片U5、插座J7;放大整形模块U1-1的输出端0UT与插座J7的IN端以及选择芯片U5的输入 端1C1、 1C2、 1C3连接，插座J7的IN2端连接与非门U6的两个输入端，插座J7的IN1端连接与 非门U6的输出端，与非门U6的输出端还与选择芯片U5的1C0端连接，选择芯片U5的输出端为 1Y端和2Y端。
由于采用上述技术方案，与现有技术比较，本实用新型的测量精度可达+o. rc，测量
精度较高，且与同精度的温度计相比，制作成本较低。另外，本实用新型将测温振荡单元与 待测物体接触后，再经过数字转换和处理，直接可从显示单元准确地读出温度数值，实现对 物体的多点温度测量，操作简单、避免了人为的读数误差，并且能实时测量，自动记录，通 过接口单元与计算机接口实现数字化。此外，本实用新型从温度采集到显示都是数字量，所 以具有很强的抗干扰能力，且不受电源波动的影响。再就是，本实用新型采用多路温度的测 量时，具有一致性好、重复性好的特点。由此，本实用新型适于安装在光栅测长仪上，为其 提供温度信息。
图l是本实用新型的框图。
图2是本实用新型的测温振荡单元、本机振荡单元、跟随器、混频单元的电路原理图。 图3是本实用新型的选频单元、放大整形单元的电路原理图。 图4是本实用新型的多路开关的电路原理图。 图5是本实用新型的单片机的电路原理图。 图6是本实用新型的显示单元的驱动芯片的电路原理图。 图7是本实用新型的显示单元的六位八段共阳极数码管的电路原理图。 图8是本实用新型的接口单元的电路原理图。 图9是本实用新型的芯片电源的电路原理图。
在以上附图中所列示的芯片为市场上出售的成品芯片，其芯片上标示的标记为成品芯片 上接线脚的标记。
具体实施方式
本实用新型的实施例本多点高精度温度实时自动测量装置的结构如图l所示，它包括
现有市售的单片机U2，较好的是采用AT89C52，连接单片机U2输出的显示单元和接口单元， 显示单元可采用六位八段共阳极数码管显示，并由两片驱动芯片74HC373锁存输出，接口单 元可采用RS232接口电路(如图8所示，其可采用ICL232芯片构成)或USB接口电路，其单片机 U2与两片驱动芯片74HC373的连接、两片驱动芯片74HC373与六位八段共阳极数码管(S1 S6 )的连接、单片机U2与RS232接口电路的连接均采用常规的连接方式，本多点高精度温度实 时自动测量装置的构成还包括测温振荡单元、本机振荡单元、跟随器、混频单元、选频单 元、放大整形单元、多路开关(为了实现多路温度测量，使其在放大整形单元的输出和单片 机U2之间进行切换)；将测温振荡单元和本机振荡单元的输出各连接一个跟随器，并将两个 跟随器的输出与混频单元连接，再将混频单元的输出经选频单元、放大整形单元和多路开关 后与单片机U2连接。为了使采集的温度信号有较高的精度，所述的测温振荡单元可由测温晶 振Yl-2、电阻R1-1、电容C1-1、 Cl-2、三极管Q1-1构成，测温晶振Yl-2可采用石英晶振；将 测温晶振Y1-2的一端经电容C1-1后与三极管Q1-1的基极连接、其另一端与三极管Q1-1的集电 极连接，电阻R1-1连接在三极管Q1-1的基极和集电极之间，电容C1-2连接在三极管Q1-1的基 极和发射极之间，三极管Q1-1的发射极接地，三极管Q1-1的集电极作为测温振荡单元的输出 端。所述的本机振荡单元可由恒温晶振Y1-1、电阻Rl-7、电容Cl-8、 Cl-9、三极管Ql-3构成 ;将测温晶振Yl-l的一端经电容Cl-8后与三极管Ql-3的基极连接、其另一端与三极管Ql-3的 集电极连接，电阻Rl-7连接在三极管Ql-3的基极和集电极之间，电容Cl-9连接在三极管Ql-3 的基极和发射极之间，三极管Ql-3的发射极接地，三极管Ql-3的集电极作为本机振荡单元的 输出端，这样连接后可以使测温振荡单元的基频与本机振荡单元的基频一致，有利于定标时 参数修正。为了增强测温振荡单元和本机振荡单元的带载能力，同时对它们进行隔离，以防 止电路的互相干扰产生频率的牵引现象，所述连接测温振荡单元输出的跟随器可由电源(采 用+ 15V的电源)、三极管Ql-2、电阻Rl-2、 Rl-3、电容Cl-3构成，将三极管Q1-1的集电极与 三极管Ql-2的基极连接，电阻R1-2连接在三极管Q1-1的基极与电源之间，电容Cl-3—端连接 三极管Q1-1的基极、另一端接地，电阻R1-3—端连接三极管Q1-1的发射极、另一端接地，三 极管Ql-2的发射极作为连接测温振荡单元的跟随器的输出端；所述连接本机振荡单元输出的 跟随器可由电源(采用+ 15V的电源)、三极管Ql-4、电阻Rl-8、 Rl-9、电容C1-10构成，将 三极管Ql-3的集电极与三极管Ql-4的基极连接，电阻Rl-8连接在三极管Ql-4的基极与电源之 间，电容Cl-10—端连接三极管Ql-4的基极、另一端接地，电阻Rl-9—端连接三极管Ql-4的 发射极、另一端接地，三极管Ql-4的发射极作为连接本机振荡单元的跟随器的输出端。所述 的混频单元的构成包括电源(采用+ 15V的电源)、三极管Ql-5、电阻Rl-4、 Rl-5、 Rl-lO、
Rl-ll、电容Cl-4、 Cl-5、 Cl-ll、 Cl-12;电容Cl-4一端与连接测温振荡单元的跟随器的输 出端连接(即与三极管Ql-2的发射极连接)，另一端与三极管Ql-5的基极连接，电容Cl-ll 一端与连接本机振荡单元的跟随器的输出端连接(即与三极管Q1-4的发射极连接)，另一端 与三极管Ql-5的发射极连接，电源分别经电阻Rl-4后与三极管Ql-5的基极连接、经电阻Rl-5 后与三极管Ql-5的集电极连接、经电容Cl-5后接地，三极管Q1-5的基极经电阻R1-10后接地 ，三极管Q1-5的发射极经电阻R1-11后接地，三极管Q1-5的集电极经电容C1-12后接地，为了 使基准频率信号对温度有很好的稳定性，电阻Rl-4、 Rl-5、 Rl-lO、 Rl-ll均可采用金属膜电 阻，电容Cl-4、 Cl-5、 Cl-ll、 Cl-12均可采用涤纶电容。所述的选频单元可由极性电容Cl-6 、电阻Rl-6构成；将极性电容Cl-6的正极与三极管Ql-5的集电极连接、负极与电阻Rl-6的一 端连接。为了方便单片机U2读数，可采用由555时基电路组成的施密特整形变换电路，将含 有温度的频率信号整形为3伏的方波输出，放大整形单元可由放大整形模块Ul-l和电容Cl-7 构成；将放大整形模块Ul-l的TH0LD端和TRIG端与电阻Rl-6的另一端连接、VCC端和RESET端 连接芯片电源V4 (采用+5V的电源，并将其经电容C2 C6、电解电容E7、 E8滤波)、CVOLT端 经电容Cl-7后接地、GND端接地、OUT端是输出端。所述的多路开关的构成包括与非门U6、选 择芯片U5、插座J7，选择芯片U5较好的是采用74LS153;将放大整形模块U1-1的输出端OUT与 插座J7的IN端以及选择芯片U5的输入端1C1、 1C2、 1C3连接，插座J7的IN2端连接与非门U6的 两个输入端，插座J7的IN1端连接与非门U6的输出端，与非门U6的输出端还与选择芯片U5的 1C0端连接，选择芯片U5的输出端为1Y端和2Y端，可将1Y、 2Y与单片机U2的输入连接。
图2与图3通过A端连接，图4的J1、 J2 、 J3、 J4为图3的0UT端，图4的1Y端和2Y端与图5 的TO、 Tl端连接，A端、B端、^端、2G端与图5的P10 P13端连接，图5与图6通过L3、 L4 、L5端连接，图6与图7通过L1、 L2端连接，图5与图8通过RXD、 TXD端连接。
本多点高精度温度实时自动测量装置使用时，温度信号通过测温晶振Yl-2采集，将采集 到的信号变为频率信号，与本机振荡单元产生的基准频率信号混频，混频后的信号送选频单 元，通过选频单元选出带有温度量的频率信号与本地基准频率信号的差频信号，送由555时 钟电路组成的放大整形单元整形及放大，得到满足单片机U2需要的输入信号，将此信号送至 多路开关，由多路开关送至单片机U2作信号处理，处理后的信号通过数码管驱动电路驱动数 码管显示测试的温度数值，同时送RS232或USB接口，由RS232或USB接口送至电脑进行储存、 显示、作图、计算、修正等处理，采用多个测温晶振Yl-2同样经混频、选频、整形、放大后 送至多路开关，最终送至单片机U2进行处理，则可实现多路温度测量。
权利要求权利要求1一种多点高精度温度实时自动测量装置，它包括单片机(U2)和连接单片机(U2)输出的显示单元和接口单元，其特征在于，它的构成还包括测温振荡单元、本机振荡单元、跟随器、混频单元、选频单元、放大整形单元、多路开关；测温振荡单元和本机振荡单元的输出各连接一个跟随器，两个跟随器的输出与混频单元连接，混频单元的输出经选频单元、放大整形单元和多路开关后与单片机(U2)连接。
2.根据权利要求l所述的多点高精度温度实时自动测量装置，其特征 在于，所述的测温振荡单元的构成包括测温晶振(Yl-2)、电阻(Rl-1)、电容(Cl-1)、 (Cl-2)、三极管(Ql-1);测温晶振(Yl-2)的一端经电容(Cl-1)后与三极管(Ql-1) 的基极连接、其另一端与三极管(Ql-1)的集电极连接，电阻(Rl-1)连接在三极管( Ql-l)的基极和集电极之间，电容(Cl-2)连接在三极管(Ql-1)的基极和发射极之间，三 极管(Ql-1)的发射极接地，三极管(Ql-1)的集电极作为测温振荡单元的输出端。
3.根据权利要求l所述的多点高精度温度实时自动测量装置，其特征 在于，所述的本机振荡单元的构成包括恒温晶振(Yl-1)、电阻(Rl-7)、电容(Cl-8)、 (Cl-9)、三极管(Ql-3);测温晶振(Yl-1)的一端经电容(Cl-8)后与三极管(Ql-3) 的基极连接、其另一端与三极管(Ql-3)的集电极连接，电阻(Rl-7)连接在三极管( Ql-3)的基极和集电极之间，电容(Cl-9)连接在三极管(Ql-3)的基极和发射极之间，三 极管(Ql-3)的发射极接地，三极管(Ql-3)的集电极作为本机振荡单元的输出端。
4.根据权利要求2所述的多点高精度温度实时自动测量装置，其特征 在于，所述连接测温振荡单元输出的跟随器的构成包括电源、三极管(Ql-2)、电阻( Rl-2) 、 (Rl-3)、电容(Cl-3)，三极管(Ql-1)的集电极与三极管(Ql-2)的基极连接 ，电阻(Rl-2)连接在三极管(Ql-1)的基极与电源之间，电容(Cl-3) —端连接三极管( Q1-1)的基极、另一端接地，电阻(R1-3) —端连接三极管(Q1-1)的发射极、另一端接地 ，三极管(Ql-2)的发射极作为连接测温振荡单元的跟随器的输出端。
5.根据权利要求3所述的多点高精度温度实时自动测量装置，其特征 在于，所述的连接本机振荡单元输出的跟随器的构成包括电源、三极管(Ql-4)、电阻( Rl-8) 、 (Rl-9)、电容(C1-10)，三极管(Ql-3)的集电极与三极管(Ql-4)的基极连 接，电阻(Rl-8)连接在三极管(Ql-4)的基极与电源之间，电容(C1-10) —端连接三极 管(Ql-4)的基极、另一端接地，电阻(Rl-9) —端连接三极管(Ql-4)的发射极、另一端 接地，三极管(Q1-4)的发射极作为连接本机振荡单元的跟随器的输出端。
6.根据权利要求l所述的多点高精度温度实时自动测量装置，其特征 在于，所述的混频单元的构成包括电源、三极管(Ql-5)、电阻(Rl-4) 、 (Rl-5)、( R1-10) 、 (R1-11)、电容(C1-4) 、 (C1-5) 、 (C1-11) 、 (C1-12);电容(C1-4) 一 端与连接测温振荡单元的跟随器的输出端连接，另一端与三极管(Ql-5)的基极连接，电容 (C1-11) 一端与连接本机振荡单元的跟随器的输出端连接，另一端与三极管(Q1-5)的发 射极连接，电源分别经电阻(Rl-4)后与三极管(Ql-5)的基极连接、经电阻(Rl-5)后与 三极管(Ql-5)的集电极连接、经电容(Cl-5)后接地，三极管(Ql-5)的基极经电阻( R1-10)后接地，三极管(Ql-5)的发射极经电阻(R1-11)后接地，三极管(Ql-5)的集电 极经电容(C1-12)后接地。
7.根据权利要求6所述的多点高精度温度实时自动测量装置，其特征 在于，所述的选频单元的构成包括极性电容(Cl-6)、电阻(Rl-6);极性电容(Cl-6)的 正极与三极管(Ql-5)的集电极连接、负极与电阻(Rl-6)的一端连接。
8.根据权利要求7所述的多点高精度温度实时自动测量装置，其特征 在于，放大整形单元的构成包括放大整形模块(Ul-1)和电容(Cl-7);放大整形模块( U1-1)的(TH0LD)端和(TRIG)端与电阻(R1-6)的另一端连接、(VCC)端和(RESET) 端连接芯片电源、(CV0LT)端经电容(Cl-7)后接地、(GND)端接地、(OUT)端是输出 端。
9.根据权利要求8所述的多点高精度温度实时自动测量装置，其特征 在于，所述的多路开关的构成包括与非门(U6)、选择芯片(U5)、插座(J7);放大整形 模块(Ul-1)的输出端(OUT)与插座(J7)的(IN)端以及选择芯片(U5)的输入端(1C1 )、(1C2) 、 (1C3)连接，插座(J7)的(IN2)端连接与非门(U6)的两个输入端，插 座(J7)的(IN1)端连接与非门(U6)的输出端，与非门(U6)的输出端还与选择芯片( U5)的(1C0)端连接，选择芯片(U5)的输出端为(1Y)端和(2Y)端。
专利摘要本实用新型公开了一种多点高精度温度实时自动测量装置，它的构成包括测温振荡单元、本机振荡单元、跟随器、混频单元、选频单元、放大整形单元、多路开关、单片机U2、显示单元和接口单元。本实用新型的测量精度较高，且制作成本较低。另外，本实用新型可直接从显示单元准确地读出温度数值，操作简单、避免了人为的读数误差，并且能实时测量，自动记录，通过接口单元与计算机接口实现数字化。此外，本实用新型从温度采集到显示都是数字量，所以具有很强的抗干扰能力，且不受电源波动的影响。再就是，本实用新型采用多路温度的测量时，具有一致性好、重复性好的特点。由此，本实用新型适于安装在光栅测长仪上，为其提供温度信息。
文档编号G01B11/02GK201203484SQ200820300219
公开日2009年3月4日 申请日期2008年2月5日 优先权日2008年2月5日
发明者余为国, 孙向荣, 孟仁周, 罗绍仪, 清 胡 申请人:贵州民族学院