专利名称：截距式温差测试仪的制作方法
技术领域：
本发明是一种在工业自动化生产过程中用于测量温度的仪器，特别是用于化工产品联碱生产行业中碳酸钠生产工艺所用外冷器的温差测量。
背景技术：
工业自动化生产过程中，温度是最重要的参数之一，它的高低及稳定状况直接影响生产过程和产品质量。特别是化工产品联碱生产行业中碳酸钠生产工艺所用外冷器的温差测量，温度对生产的影响非常大。根据制碱工艺要求，从现场操作经验和被冷却母液的特性来看，母液在外冷器内进行一次冷却，温度的下降以0.5℃为宜。如果母液的进出口温度差低于0.5℃，则表明没有达到冷却的效果，需要在后面的操作工艺中多加几个同样的冷却装置，加大了设备的投资；而如果冷却后，温差超过0.5℃，则表明环管内溶液的温度骤然下降，这样该母液会凝固、结疤，一些固状物就会凝固在套管的内壁，堵塞管道，损坏设备，同时也大大地降低了冷却效果。因此精确测量环管进出口溶液的温度差是指导该生产工艺的一个重要的环节。，外冷器温度的测量必须达到至少0.2℃(甚至0.1℃)的精度要求，由于精度要求较高，该部分温度的测量和控制在业内都没能得到很好的解决。目前，市面上虽有很多高精度的温度测量仪表或测量装置，不管是模拟式还是数字式，都存在一定的误差范围。例如，对于测量范围在150℃的0.1级的高精度测温仪表来讲，它的测量误差为±0.15℃，若外冷器出入口各安装一个测温仪测量温差的大小，则可能产生的最大误差为0.3℃，这还不包括引线所带来的误差。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺点而提供测量精度高的截距式温差测试仪，本发明设计巧妙，结构简单，操作方便。
本发明的结构示意图如附图所示，包括有检测电路(1)、滤波电路(2)、中央处理单元(3)、键盘显示电路(4)、存储器(5)，其中检测电路(1)的输出端与滤波电路(2)的输入端连接，滤波电路(2)的输出端与中央处理单元(3)的输入端连接，中央处理单元(3)的输出端与温度测控仪器连接。
上述检测电路(1)包括有前端信号采集电路(11)、信号比较、放大电路(12)，其中前端信号采集电路(11)包括有外冷器入口处的热敏电阻RPT1、外冷器出口处的热敏电阻RPT2、对应截距电压的整定电阻Rs、三个三端恒流源器件LM334-1、LM334-2、LM334-3、三个可方便调节恒流源LM334的输出电流Iset的可调电阻R1、R5、R11，信号比较、放大电路(12)为截距式测温电路，该截距式测温电路为运算放大器P1、P2，其中三个恒流源LM334共用电压源Vcc，三个恒流源LM334的输出端分别通过热敏电阻RPT1、热敏电阻RPT2、整定电阻Rs接地，且恒流源LM334-1的输出端通过二极管D1及电阻R3与运算放大器P1的正输入端连接，恒流源LM334-2的输出端通过二极管D2及电阻R7与运算放大器P1、P2的负输入端连接，恒流源LM334-3的输出端通过二极管D3及电阻R13与运算放大器P2的正输入端连接，运算放大器P1、P2的负输入端均通过电阻R9、R10与输出端连接。
上述中央处理单元(3)还连接有键盘显示电路(4)及存储器(5)。
上述中央处理单元(3)为16位单片机80C196KC，存储器(5)为两个片外扩展存储芯片PSD302和AT24C02，键盘显示电路(4)为LCD显示电路。
本发明检测电路中的信号比较、放大电路由于采用了截距式电路，其基本实现思想实质上就是利用减法电路将输入的不变部分减去，以扩大变化部分的放大比例，这样就能保证高精度的温度测量，采用截距式电路的灵敏度比采用一般放大电路的灵敏度高。本发明是一种测量精度高，设计巧妙，方便实用的截距式温差测试仪。
图1为本发明的原理框图；图2为本发明检测电路(1)的电路原理图；图3为本发明的电路原理图；图4为本发明检测电路(1)中信号比较、放大电路(12)的电路原理图。
具体实施例方式实施例1本发明的原理框图如图1所示，包括有检测电路(1)、滤波电路(2)、中央处理单元(3)、键盘显示电路(4)、存储器(5)，其中检测电路(1)的输出端与滤波电路(2)的输入端连接，滤波电路(2)的输出端与中央处理单元(3)的输入端连接，中央处理单元(3)的输出端与温度测控仪器连接。
上述检测电路(1)包括有前端信号采集电路(11)、信号比较、放大电路(12)，其中前端信号采集电路(11)包括有外冷器入口处的热敏电阻RPT1、外冷器出口处的热敏电阻RPT2、对应截距电压的整定电阻Rs、三个三端恒流源器件LM334-1、LM334-2、LM334-3、三个可方便调节恒流源LM334的输出电流Iset的可调电阻R1、R5、R11，信号比较、放大电路(12)为截距式测温电路，该截距式测温电路为运算放大器P1、P2，其中三个恒流源LM334共用电压源Vcc，三个恒流源LM334的输出端分别通过热敏电阻RPT1、热敏电阻RPT2、整定电阻Rs接地，且恒流源LM334-1的输出端通过二极管D1及电阻R3与运算放大器P1的正输入端连接，恒流源LM334-2的输出端通过二极管D2及电阻R7与运算放大器P1、P2的负输入端连接，恒流源LM334-3的输出端通过二极管D3及电阻R13与运算放大器P2的正输入端连接，运算放大器P1、P2的负输入端均通过电阻R9、R10与输出端连接。本实施例中，电阻R9、R10的阻值相同，如图2所示。
本实施例中，信号比较、放大电路(12)实际为截距式电路，其基本实现思想实质上就是利用减法电路将输入的不变部分减去，以扩大变化部分的放大比例，这样就能保证高精度的温度测量。采用截距式电路的灵敏度比采用一般放大电路的灵敏度高1、2个单位。其原理如图4所示，Ui表示在某一温度下热敏电阻所对应的输入电压；Us代表温度不变部分所对应的电压，即为所对应的截距；U0则表示放大环节的输出电压；U即为减去截距后应放大部分所对应的电压。当温度的波动不是很大时，U占Ui的份额很小，而Us基本上反映的是与环境温度相对应的一个值。减法电路将固定不变部分(即截距Us)减去后，就可对可变部分进行充分放大，从而大大提高测量精度。
根据加减法运算电路运算公式有(Ui-Us)R2/R1＝Uo实际电路中采用电流源在电阻上的压降代替电压源Us，这样可通过改变可变电阻值实现无级截距电压整定。
前端信号采集电路(11)中的三个恒流源器件共用一个电压源(Vcc)，它们的公共地与后面连接的运算放大器的地也是相连的，它解决了由于不共地所产生的电位浮动飘移现象，从而也消除了自激振荡，为后续的单片机数字采集系统的稳定采集提供了有力保证，也大大减轻了模拟滤波和数字滤波的负担。
铂电阻RPT1、RPT2是对应的两路温度，它们上面的电压Upt1和Upt2的变化反映了电阻的变化(也就反映了温度的变化)。Upt1和Upt2对应于图4中的Ui，对应的计算公式就是(Upt1-Us)R2/R1＝ΔU01，(Upt2-Us)R2/R1＝ΔU02要保证电路的精确性，RPT1、RPT2和Rs应远小于R1，这样就不致因为分流作用对测量精度产生很大的影响。保证测量精度的另一个注意点是，在使用之前，一定要先将流过RPT1和RPT2中的电流调得一致，否则无法保证精度，这也是共地系统所增加的前期调试工作。将输出电压U01和U02分别接到各自的低通滤波器中，再将滤波器的输出信号送到A/D输入端，也就完成了信号采集任务。
本实施例中，运算放大器P1、P2为OPA627芯片，滤波电路(2)采用MAX7403为滤波芯片。输入信号经比较、放大和硬件滤波等环节后，由MCU的A/D通道进行采样。处理后的结果除了送LCD显示外，另外系统还提供4～20mA的电流输出信号。
上述中央处理单元(3)还连接有存储器(5)。本实施例中，上述中央处理单元(3)为16位单片机80C196KC，存储器(5)为两个片外扩展存储芯片PSD302和AT24C02，其中可编程外围逻辑器件PSD302作为系统的主存储器，还集成ROM、RAM和逻辑译码电路等功能，同时完成地址信号的锁存和逻辑译码，该芯片的使用大大简化了硬件电路的设计，节约了电路板的空间，同时也使系统的稳定性得到了显著的增强。AT24C02是二线制串行E2PROM芯片，用以存入对应的温度-阻值的对应关系。如图3所示。
上述中央处理单元(3)还连接有键盘显示电路(4)，键盘显示电路(4)为LCD显示电路，具有LCD显示、和标准电流输出功能，通过辨识的手段对系统部分参数进行在线修改，能承受系统工作环境较大的变化系统对输入的采样；温度测量显示精度可达0.1℃；出口温度测量范围为4～15℃，温差的测量范围为0～1.4℃；采用两级硬件滤波和一级软件滤波，确保了显示的稳定性和精度，能适应不同的工作现场。
本发明使用时，通过铂电阻将温度信号转换为对应的电量信号(信号采集部分)，然后通过信号比较放大，再经过滤波环节，由MCS80C196/KC的A/D通道进行采样，处理后的结果除了送LCD显示外，另外系统还提供4～20mA的电流输出信号，驱动温度测控仪器，本实施例中，温度测控仪器为DDZIII型等相关仪表。
权利要求
1.一种截距式温差测试仪，其特征在于包括有检测电路(1)、滤波电路(2)、中央处理单元(3)、键盘显示电路(4)、存储器(5)，其中检测电路(1)的输出端与滤波电路(2)的输入端连接，滤波电路(2)的输出端与中央处理单元(3)的输入端连接，中央处理单元(3)的输出端与温度测控仪器连接。
2.根据权利要求1所述的截距式温差测试仪，其特征在于上述检测电路(1)包括有前端信号采集电路(11)、信号比较、放大电路(12)，其中前端信号采集电路(11)包括有外冷器入口处的热敏电阻RPT1、外冷器出口处的热敏电阻RPT2、对应截距电压的整定电阻Rs、三个三端恒流源器件LM334-1、LM334-2、LM334-3、三个可方便调节恒流源LM334的输出电流Iset的可调电阻R1、R5、R11，信号比较、放大电路(12)为截距式测温电路，该截距式测温电路为运算放大器P1、P2，其中三个恒流源LM334共用电压源Vcc，三个恒流源LM334的输出端分别通过热敏电阻RPT1、热敏电阻RPT2、整定电阻Rs接地，且恒流源LM334-1的输出端通过二极管D1及电阻R3与运算放大器P1的正输入端连接，恒流源LM334-2的输出端通过二极管D2及电阻R7与运算放大器P1、P2的负输入端连接，恒流源LM334-3的输出端通过二极管D3及电阻R13与运算放大器P2的正输入端连接，运算放大器P1、P2的负输入端均通过电阻R9、R10与输出端连接。
3.根据权利要求1所述的截距式温差测试仪，其特征在于上述中央处理单元(3)还连接有键盘显示电路(4)及存储器(5)。
4.根据权利要求1或2或3所述的截距式温差测试仪，其特征在于上述中央处理单元(3)为16位单片机80C196KC，存储器(5)为两个片外扩展存储芯片PSD302和AT24C02，键盘显示电路(4)为LCD显示电路。
全文摘要
本发明是一种在工业自动化生产过程中用于测量温度的仪器。包括有检测电路(1)、滤波电路(2)、中央处理单元(3)、键盘显示电路(4)、存储器(5)，其中检测电路(1)的输出端与滤波电路(2)的输入端连接，滤波电路(2)的输出端与中央处理单元(3)的输入端连接，中央处理单元(3)的输出端与温度测控仪器连接。检测电路(1)包括有前端信号采集电路(11)、信号比较、放大电路(12)。本发明检测电路中的信号比较、放大电路由于采用了截距式电路，其基本实现思想实质上就是利用减法电路将输入的不变部分减去，以扩大变化部分的放大比例，这样就能保证高精度的温度测量，其灵敏度比采用一般放大电路的灵敏度高。本发明是一种测量精度高，设计巧妙，方便实用的截距式温差测试仪。
文档编号G01K1/00GK1786679SQ20041007725
公开日2006年6月14日 申请日期2004年12月10日 优先权日2004年12月10日
发明者程汉湘, 鄂飞 申请人:广东工业大学