CN103439018A - 温差检测仪及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温差检测仪及检测方法，包括检测电桥、信号放大模块、采样保持模块、模-数转换模块、运算及逻辑控制模块、人机接口模块、通讯模块；所述检测电桥输出端与信号放大模块输入端连接，信号放大模块输出端与采样保持模块输入端连接，采样保持模块输出端、模-数转换模块、运算及逻辑控制模块依次连接，所述运算及逻辑控制模块分别与人机接口模块、通讯模块连接，同时运算及逻辑控制模块分别与检测电桥、信号放大模块、采样保持模块连接；可以同时用于大温差和微小温差测量，能够手动或自动切换量程；易于校验；可以同时检测被测点温度。

Description

温差检测仪及检测方法

技术领域

本发明涉及监测设备技术领域，特别涉及一种高精度的用于宽量程测量的温差检测仪及检测方法。

背景技术

温差测量是检测两个不同被测点之间的温度的偏差情况。常用的温差测量一般采用二种方式，方式一是采用两个独立的温度传感器分别检测两个被测点的温度，计算两个温度的差值作为温差数据；方式二是采用两只同一分度的热电偶传感器串联，每支热电偶传感器检测一个温度点，根据两只串联热电偶传感器输出的电势计算温差数据。两种测量方式均存在温差测量准确度不高的问题，方式一是因温度检测准确度较低，经计算后的温差数据准确度更差；方式二是因热电偶传感器本身检测准确度不高、线性差等，造成测得的温差数据准确度差。因此以上两种方式用于温差较大的应用场合效果较好，但在温差较小的应用场合误差较大或不能测量。

常用的温度检测方法有接触式测量和非接触式测量两种方式，其中接触式测量的精度最高。在接触式测量中常用热电阻、热电偶、热敏电阻等3种类型传感器。其中，热电阻一般用于高精度、中低温测量领域，热电偶一般用于高温测量领域，热敏电阻一般用于低精度的测量领域。热电阻的测量准确度最高、线性度最好。

发明内容

本发明的目的就是为解决现有技术存在的上述问题，提供一种温差检测仪；温差测量精度高，可以同时用于大温差和微小温差测量，能够手动或自动切换量程；易于校验、可以同时检测被测点温度。

本发明还提供温差检测仪的检测方法。

本发明解决技术问题的技术方案为：

一种温差检测仪，包括检测电桥、信号放大模块、采样保持模块、模-数转换模块、运算及逻辑控制模块、人机接口模块、通讯模块；所述检测电桥输出端与信号放大模块输入端连接，信号放大模块输出端与采样保持模块输入端连接，采样保持模块输出端、模-数转换模块、运算及逻辑控制模块依次连接，所述运算及逻辑控制模块分别与人机接口模块、通讯模块连接，同时运算及逻辑控制模块分别与检测电桥、信号放大模块、采样保持模块连接。

所述运算及逻辑控制模块用于：a.根据需要控制检测电桥、信号放大模块、采样保持模块各自的工作状态；b.采集模-数转换模块的结果数据，并计算两个被测点的温度和温差数据；c.控制人机接口模块显示信息，接收人机接口模块的输入数据或指令，并按指令要求工作；d.控制通讯模块与外部设备进行通讯，发送数据，获取指令，并按并按指令要求工作；

所述信号放大模块用于对检测电桥的输出信号U进行放大；

所述采样保持模块用于对信号放大模块输出信号V进行采样和保持；

所述模-数转换模块包括AD转换元件及辅助电路，完成对信号的模-数转换。

所述检测电桥包括分压电阻Ⅰ、分压电阻Ⅱ、工作模式模拟开关、热电阻传感器RtA、热电阻传感器RtB、参比电阻Ⅲ；其中电阻分压电阻Ⅰ、分压电阻Ⅱ的一端分别与电源输入端E连接，分压电阻Ⅰ另一端通过工作模式模拟开关Ｋ分别与参比电阻Ⅲ、热电阻传感器RtA连接，同时分压电阻Ⅰ、工作模式模拟开关Ｋ分别与输出端的一端连接，分压电阻Ⅱ的另一端、及热电阻传感器RtB一端分别与输出端另一端连接，参比电阻Ⅲ、热电阻传感器RtA、热电阻传感器RtB另一端接地，所述热电阻传感器RtA、热电阻传感器RtB分别与两个被测点连接、并与被测介质接触，拾取被测点温度信号。所述检测电桥可以根据工作模式模拟开关Ｋ1的状态构成两种检测量电桥。

所述信号放大模块包括放大器、放大倍率调整电阻、放大倍率选择模拟开关，其中放大倍率调整电阻Rx一端与放大倍率选择模拟开关连接，放大倍率调整电阻Rx另一端与放大器的反馈电阻输入端连接，放大倍率选择模拟开关另一端与放大器输出端连接。放大倍率选择模拟开关处于不同开关状态可以改变放大倍率调整电阻Rx的电阻值，调整放大器的放大倍数。所述信号放大模块根据放大倍率选择模拟开关所选择倍率对检测电桥的输出信号进行放大。

利用温差检测仪进行检测的方法，包括如下步骤：

a.将标准电阻箱代替热电阻传感器RtA接入相应输入端，并将温差检测仪设置在量程校准状态；

b.通过人机接口模块输入要校准的温度值，并根据显示的电阻设置标准电阻箱，温差检测仪自动检测并记录不同倍率状态下相应的AD转换数据；

c.按照温度自0℃重复进行b步骤操作多次，每次温度值等值递增，至850℃结束量程校准；

d.将温差检测仪设置在零点校准状态，将热电阻传感器RtA10和热电阻传感器RtB接入相应输入端，并将两热电阻传感器放入冰水混合物中并保持一段时间，温差检测仪自动检测和记录温度检测模式下、不同倍率状态下、相应的0℃时AD转换数据作为温度检测零点值，并自动检测和记录温差检测模式下、不同倍率状态下、相应的AD转换数据作为温差检测零点值，并提示退出零点校准；

e.通过人机接口模块6确认检测过程结束并保存所有参数，校准过程结束。

本发明的有益效果：

1.本发明可以精确测量两个被测点的温差，并可同时检测或计算两个被测点的温度，温差测量精度高；

2.本发明可以手动或自动设置仪器的量程，以确保仪器工作在最佳工作状态，满足宽量程的要求，解决了现有技术存在的相关问题；

3.可以同时用于大温差和微小温差测量，能够手动或自动切换量程；易于校验；

4.操作简便，可以同时检测被测点温度。

附图说明

图1为温差检测仪结构示意图；

其中，1检测电桥，2信号放大模块，3采样保持模块，4模-数转换模块，5运算及逻辑控制模块，6人机接口模块，7通讯模块，8分压电阻Ⅰ，9工作模式模拟开关K1，10热电阻传感器RtA，11热电阻传感器RtB，12参比电阻Ⅲ，13放大器，14放大倍率调整电阻，15放大倍率选择模拟开关K2，16限流电阻，17采样模拟开关K3，18保持电容，19放大器，20分压电阻Ⅱ。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图来详细解释本发明的实施方式。

如图1所示，一种温差检测仪，主要包括检测电桥1、信号放大模块2、采样保持模块3、模-数转换模块4、运算及逻辑控制模块5、人机接口模块6、通讯模块7；所述检测电桥1输出端与信号放大模块2输入端连接，信号放大模块2输出端与采样保持模块3输入端连接，采样保持模块3输出端、模-数转换模块4、运算及逻辑控制模块5依次连接，所述运算及逻辑控制模块5分别与人机接口模块6、通讯模块7连接，同时运算及逻辑控制模块5分别与检测电桥1、信号放大模块2、采样保持模块3连接；

所述运算及逻辑控制模块5用于：a.根据需要控制检测电桥1、信号放大模块2、采样保持模块3各自的工作状态；b.采集模-数转换模块4的结果数据，并计算两个被测点的温度和温差数据；c.控制人机接口模块6显示信息，接收人机接口模块6的输入数据或指令，并按指令要求工作；d.控制通讯模块7与外部设备进行通讯，发送数据，获取指令，并按并按指令要求工作；

所述信号放大模块2用于对检测电桥1的输出信号U进行放大；

所述采样保持模块3用于对信号放大模块2输出信号V进行采样和保持；

所述模-数转换模块4包括AD转换元件及辅助电路，完成对信号的模-数转换。

所述检测电桥1包括分压电阻Ⅰ8、分压电阻Ⅱ20、工作模式模拟开关K19、热电阻传感器RtA10、热电阻传感器RtB11、参比电阻Ⅲ12；其中分压电阻Ⅰ8、分压电阻Ⅱ20的一端分别与电源输入端E连接，分压电阻Ⅰ8另一端通过工作模式模拟开关K19分别与参比电阻Ⅲ12、热电阻传感器RtA10连接，分压电阻Ⅰ8、工作模式模拟开关K19同时分别与输出端的一端连接，分压电阻Ⅱ20的另一端、及热电阻传感器RtB11一端分别与输出端另一端连接，参比电阻Ⅲ12、热电阻传感器RtA10、热电阻传感器RtB11另一端接地，所述热电阻传感器RtA10、热电阻传感器RtB11分别与两个被测点连接，并与被测介质接触，拾取被测点温度信号。可以切换电桥为温度检测电桥或温差检测电桥。所述检测电桥1可以根据工作模式模拟开关Ｋ19的状态构成两种检测量电桥：

a.若工作模式模拟开关K19中与热电阻传感器RtB11直接连接的开关闭合，另一开关断开，检测电桥等效为由分压电阻Ⅰ8、热电阻传感器RtA10、热电阻传感器RtB11构成的温度检测电桥，当热电阻传感器RtA10与热电阻传感器RtB11阻值不等时，电桥输出U代表当前两个被测点温度差，用于两个被测点的温差；

b.若工作模式模拟开关K19中与参与电阻Ⅲ12直接连接的开关闭合，另一开关断开，检测电桥等效为由分压电阻Ⅰ8、热电阻传感器RtA10、参比电阻Ⅲ12构成的温度检测电桥，当热电阻传感器RtA10与参比电阻Ⅲ12阻值不等时，电桥输出U代表当前温度变化，用于检测第一被测点的温度。

所述温差检测仪，可以检测两个被测点的温差，也可以检测其中一个点的温度，并计算出另一个点的温度。

所述信号放大模块2包括放大器13、放大倍率调整电阻Rx14、放大倍率选择模拟开关K215，其中放大倍率调整电阻Rx14一端与放大倍率选择模拟开关K215连接，放大倍率调整电阻Rx14另一端与放大器的反馈电阻输入端连接，放大倍率选择模拟开关K215另一端与放大器输出端连接。放大倍率选择模拟开关K215处于不同开关状态可以改变放大倍率调整电阻Rx14的电阻值，调整放大器13的放大倍数。所述信号放大模块2用于对检测电桥1的输出信号U进行放大。

所述采样保持模块3包括限流电阻16、采样模拟开关K317、保持电容18、放大器19。其中，限流电阻16、采样模拟开关K317、放大器19的一个输入端依次连接，保持电容18一端与放大器19的该输入端连接、另一端接地；所述采样保持模块3用于对放大器输出信号V进行采样和保持，采样模拟开关17闭合时，放大器输出信号V通过限流电阻16对保持电容18进行充电，采集模拟开关17断开时，停止充电，保持电容18处于保持状态，放大器19将电容电压信号等值输出给模-数转换模块4。

所述运算及逻辑控制模块5是温差检测仪的关键部件，主要完成对以下工作：

a.根据需要控制工作模式模拟开关K19、放大倍率选择模拟开关K215、采样模拟开关K317的闭合和断开状态；

b.采集模-数转换模块4的结果数据，并计算两个被测点的温度和温差数据；

c.控制人机接口模块6显示信息，接收人机接口模块6的输入数据或指令，并按指令要求工作；

d.控制通讯模块7与外部设备进行通讯，发送数据，获取指令，并按并按指令要求工作；

利用温差检测仪进行检测的方法，包括如下步骤：

a.将标准电阻箱代替热电阻传感器RtA10接入相应输入端，并将温差检测仪设置在量程校准状态；

b.通过人机接口模块6输入要校准的温度值，并根据显示的电阻设置标准电阻箱，温差检测仪自动检测并记录不同倍率状态下相应的AD转换数据；

c.按照温度自0℃重复进行b步骤操作多次，每次温度值等值递增，至850℃结束量程校准；

d.将温差检测仪设置在零点校准状态，将热电阻传感器RtA10和热电阻传感器RtB11接入相应输入端，并将两热电阻传感器放入冰水混合物中并保持一段时间，温差检测仪自动检测和记录温度检测模式下、不同倍率状态下、相应的0℃时AD转换数据作为温度检测零点值，并自动检测和记录温差检测模式下、不同倍率状态下相应的AD转换数据作为温差检测零点值，并提示退出零点校准；

e.通过人机接口模块6确认检测过程结束并保存所有参数，校准过程结束。所述温差检测仪工作方式为：

a.若工作模式开关设置为温度检测模式，检测电桥为温度检测电桥，检测第一被测点的温度；

b.若工作模式开关设置为温差检测模式，检测电桥为温差检测电桥，检测两个被测点的温差；

c.根据第一被测点温度和两个被测点的温差通过计算法计算出第二被测点温度；

d.根据仪器温度量程和温差量程参数的设置情况，仪表可以工作于固定量程和自动量程两种模式下。

f.自动量程模式下，仪器根据当前检测数据确定工作量程，若当前检测数据少于工作量程的一定比率，则工作量程扩大一级，若当前检测数据大于工作量程的一定比率，则工作量程缩小一级。

上述校准过程可以按周期进行或在仪表失准的情况下进行，可以根据需要进行全部校准或部分校准。

上述虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种温差检测仪，其特征是，包括检测电桥、信号放大模块、采样保持模块、模-数转换模块、运算及逻辑控制模块、人机接口模块、通讯模块；所述检测电桥输出端与信号放大模块输入端连接，信号放大模块输出端与采样保持模块输入端连接，采样保持模块输出端、模-数转换模块、运算及逻辑控制模块依次连接，所述运算及逻辑控制模块分别与人机接口模块、通讯模块连接，同时运算及逻辑控制模块分别与检测电桥、信号放大模块、采样保持模块连接；

所述信号放大模块用于对检测电桥的输出信号U进行放大；

所述采样保持模块用于对信号放大模块输出信号V进行采样和保持；

所述模-数转换模块包括AD转换元件及辅助电路，完成对信号的模-数转换；

所述运算及逻辑控制模块用于：a.根据需要控制检测电桥、信号放大模块、采样保持模块各自的工作状态；b.采集模-数转换模块的结果数据，并计算两个被测点的温度和温差数据；c.控制人机接口模块显示信息，接收人机接口模块的输入数据或指令，并按指令要求工作；d.控制通讯模块与外部设备进行通讯，发送数据，获取指令，并按并按指令要求工作。

2.如权利要求1所述的温差检测仪，其特征是，所述检测电桥包括分压电阻Ⅰ、分压电阻Ⅱ、工作模式模拟开关、热电阻传感器RtA、热电阻传感器RtB、参比电阻Ⅲ；其中电阻分压电阻Ⅰ、分压电阻Ⅱ的一端分别与电源输入端E连接，分压电阻Ⅰ另一端通过工作模式模拟开关Ｋ分别与参比电阻Ⅲ、热电阻传感器RtA连接，同时分压电阻Ⅰ、工作模式模拟开关Ｋ分别与输出端的一端连接，分压电阻Ⅱ的另一端、及热电阻传感器RtB一端分别与输出端另一端连接，参比电阻Ⅲ、热电阻传感器RtA、热电阻传感器RtB另一端接地，所述热电阻传感器RtA、热电阻传感器RtB分别与两个被测点连接、并与被测介质接触，拾取被测点温度信号。

3.如权利要求2所述的温差检测仪，其特征是，所述检测电桥可以根据工作模式模拟开关Ｋ1的状态构成两种检测电桥。

4.如权利要求1所述的温差检测仪，其特征是，所述信号放大模块包括放大器、放大倍率调整电阻、放大倍率选择模拟开关，其中放大倍率调整电阻Rx一端与放大倍率选择模拟开关连接，放大倍率调整电阻Rx另一端与放大器的反馈电阻输入端连接，放大倍率选择模拟开关另一端与放大器输出端连接。放大倍率选择模拟开关处于不同开关状态可以改变放大倍率调整电阻Rx的电阻值，调整放大器的放大倍数。

5.如权利要求4所述的温差检测仪，其特征是，所述信号放大模块根据放大倍率选择模拟开关所选择倍率对检测电桥的输出信号进行放大。

6.利用权利要求2至5任意一项所述的温差检测仪进行检测的方法，其特征是，包括如下步骤：

a.将标准电阻箱代替热电阻传感器RtA接入相应输入端，并将温差检测仪设置在量程校准状态；

b.通过人机接口模块输入要校准的温度值，并根据显示的电阻设置标准电阻箱，温差检测仪自动检测并记录不同倍率状态下相应的AD转换数据；

c.按照温度自0℃重复进行b步骤操作多次，每次温度值等值递增，至850℃结束量程校准；

d.将温差检测仪设置在零点校准状态，将热电阻传感器RtA和热电阻传感器RtB接入相应输入端，并将两热电阻传感器放入冰水混合物中并保持一段时间，温差检测仪自动检测和记录温度检测模式下、不同倍率状态下、相应的0℃时AD转换数据作为温度检测零点值，并自动检测和记录温差检测模式下、不同倍率状态下、相应的AD转换数据作为温差检测零点值，并提示退出零点校准；

e.通过人机接口模块确认检测过程结束并保存所有参数，校准过程结束。

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