專利名稱:具有a/d非線性校正的數字溫度計的制作方法
本實用新型屬于溫度測量技術改進。
一般的數字溫度計、溫度傳感器的非線性直接造成測量誤差，因此對于精度要求高的溫度計需要設置專門的電路來校正這種非線性。通常的作法是用電阻、二極管和運算放大器來組成一種與溫度傳感器的非線性相互補差的非線性網絡，用它來對測量信號進行非線性校正。但是這種網絡的傳遞特性是折線形的，需要設置多個折點，才能達到一定的校正精度，因此，這種電路結構復雜，元器件用量多，占用空間大，調整也難度大。雖然理論上這種電路可以通過設置足夠數量的折點來達到任意的校正精度，但是實際上要受到電路復雜程度的限制。同時，還因為大量使用易于產生溫漂的半導體器件和其它元件，因而實際上所達到的精度并不高。其它校正電路還有切換參考電壓分段校正電路，數字校正電路，對于金屬電阻溫度計還有反蝕校正電路等，由于這些電路都比較復雜，成本高，因此應用較少。
本實用新型的要點在于提供一種非線性校正電路，它具有電路簡單，精度高，調整簡便和適用性較廣等特點，適合于在有限溫區內使用有二次函數特性的傳感器來高精度地測量溫度。
本實用新型的數字溫度計是以如下方式完成的參照原理圖1，被測溫度信號〔t〕經過溫度傳感器〔1〕和傳感轉換電路〔2〕變為信號電壓〔uS〕以后，一路送A／D轉換電路〔4〕作為其信號輸入電壓〔V1N〕，另一路與一個固定參考電壓〔EO〕在合成參考電路〔3〕中合成，為A／D轉換電路〔4〕提供合成參考電壓〔VREF〕，A／D轉換的結果最后在D.D數字顯示電路〔5〕中顯示出來。適當地選擇信號電壓〔uS〕和固定電壓〔EO〕在合成中的極性和比例，就能在A／D轉換的同時達到非線性校正的目的。
在各自特定的溫區內，各種熱電偶，PN結及金屬熱電阻感溫元件的轉換特性都接近于一個二次函數，因此都適用于本實用新型。下面將對這三種情況詳細地分別進行描述圖2，是本實用新型對于熱電偶數字溫度計的實施方案。參照圖2，感溫熱電勢〔u(t)〕經由運算放大器〔AM〕，電阻〔R1〕和電阻〔R2〕組成的反饋放大器放大信號電壓〔uS〕，這個電壓一方面通往A／D轉換器〔A／D〕的信號輸入高電位端〔V1NH〕，另一方面又通過電位器〔W1〕和電阻〔R3〕為電位器〔W2〕提供部分信號電壓。固定電壓〔EO〕通過電阻〔R4〕為電位器〔W2〕提供部分固定電壓。從電位器〔W2〕的中心滑臂向A／D轉換器〔A／D〕輸出合成參考電壓〔uR〕。由電位器〔W1〕，〔W2〕和電阻〔R3〕，〔R4〕所組成的T型電路就是本實用新型所屬的合成參考電路，其中電位器〔W1〕用來控制非線性校正量；電位器〔W2〕用來進行滿度值校準。
作為一個例子，0～100℃銅－康銅熱電偶數字溫度計的最佳實施方案如下銅－康銅熱電偶的分度號為CK。固定電壓〔EO〕可選為5伏。運算放大器〔AM〕可選用ICL7605載波穩零集成運算放大器。A／D轉換器〔A／D〕可選用ICL7107雙積分模數轉換器。電阻〔R1〕可選為1KΩ，電阻〔R2〕和電阻〔R4〕可選為33KΩ，電位器〔W1〕選為1.1KΩ，電阻〔R3〕可選為6.8KΩ，電位器〔W2〕可選為1.1KΩ。當電位器〔W1〕調整至558Ω時，該溫度計的殘留非線性誤差不大于0.1℃。
圖3，是本實用新型對于PN結數字溫度計的實施方案。參照圖3，電位器〔W1〕、電阻〔R1〕、溫度傳感器〔PN〕，電阻〔R2〕和電阻〔R3〕組成了測溫電橋，〔W1〕是其調平衡電位器。電橋的輸出信號電壓〔uS〕一方面送到A／D轉換器〔A／D〕的信號輸入端〔V1NH〕和〔V1NL〕，另一方面經由運算放大器〔AM〕、電阻〔R4〕和電位器〔W2〕組成的反相放大器使信號電壓〔uS〕倒相并和固定電壓〔EO〕的一部分相加，然后通過電阻〔R5〕和電位器〔W3〕的中心滑臂對A／D轉換器〔A／D〕輸出合成參考電壓〔uR〕。由電阻〔R2〕、電阻〔R3〕、電阻〔R4〕，運算放大器〔AM〕，電位器〔W2〕，電阻〔R5〕及電位器〔W3〕組成的這個電路就是本實用新型所屬的合成參考電路，其中電位器〔W2〕用來控制非線性校正量，電位器〔W3〕用來進行滿度值校準。
作為一個例子，0～100℃PN結數字溫度計的最佳實施方案如下固定電壓〔EO〕可選為2.5伏。運算放大器〔AM〕可選用LM358集成運算放大器。A／D轉換器〔A／D〕可選用ICL7106雙積分模數轉換器。電阻〔R1〕一般為11～15KΩ，電位器〔W1〕可選為2KΩ。電阻〔R2〕可選為2KΩ，電阻〔R3〕為4KΩ，電阻〔R4〕可選為20KΩ，電位器〔W2〕可選為2KΩ，電阻〔R5〕可選為4KΩ，電位器〔W3〕可選為2KΩ。當電位器〔W2〕調整至1.58KΩ時，理論上該溫度計的殘留非線性誤差不大于0.005℃。
圖4是本實用新型對于金屬電阻數字溫度計的實施方案。參照圖4，電位器〔W1〕，電阻〔R1〕，金屬熱電阻〔Rt〕，電阻〔R2〕和電阻〔R3〕組成測溫電橋，〔W1〕是其調平衡電位器。電橋的輸出信號電壓〔uS〕一方面送往A／D轉換器〔A／D〕的信號輸入端〔V1NH〕和〔V1NL〕，另一方面經由運算放大器〔AM〕，電阻〔R4〕和電位器〔W2〕組成的反相放大器使信號電壓〔uS〕倒相并和固定電壓〔EO〕的一部分相減，然后通過電阻〔R5〕和電位器〔W3〕的中心滑臂對A／D轉換器〔A／D〕輸出合成參考電壓〔uR〕。由電阻〔R2〕，電阻〔R3〕，電阻〔R4〕，運算放大器〔AM〕，電位器〔W2〕，電阻〔R5〕及電位器〔W3〕所組成的這個電路就是本實用新型所屬的合成參考電路，其中電位器〔W2〕用來控制非線性校正量；電位器〔W3〕用來進行滿度值校準。
作為一個例子，0～100℃金屬電阻數字溫度計的最佳實施方案如下鉑熱電阻〔Rt〕分度號為BA2，其℃電阻值為100Ω。固定電壓〔EO〕可選為6.95伏。運算放大器〔AM〕可選用LM358集成運算放大器。A／D轉換器〔A／D〕可選用ICL7107雙積分模數轉換器。電阻〔R1〕為2.5KΩ，電阻〔R2〕可選為26KΩ，電阻〔R3〕為1KΩ，電位器〔W1〕可選為200Ω，電阻〔R4〕可選為20KΩ，電位器〔W2〕可選為500Ω，電阻〔R5〕可選為1.6KΩ，電位器〔W3〕可選為1.1KΩ。當電位器〔W2〕調整至434.4Ω時，理論上該溫度計的殘留非線性誤差不大于0.003℃。
權利要求
1.一種數字溫度計，是由電阻、二極管、運算放大器組成的校正電路，其特征在于被測溫度信號[t]經溫度傳感器[1]和傳感轉換電路[2]變為信號電壓[Us]后，一路送往A/D轉換電路[4]作為信號輸入電壓[VIN]，另一路與一個固定參考電壓[Eo]在合成參考電路[3]中合成，為A/D轉換電路[4]提供合成參考電壓[VREF]，A/D轉換的結果在D.D數字顯示電路[5]中顯示。
2.根據權利要求
1中所述的溫度計，其特征在于溫度傳感器〔1〕可由熱電偶或金屬電阻溫度傳感器或采用PN結式。
3.根據權利要求
1.2中所述的溫度計，其特征在于溫度傳感器〔1〕是熱電偶式溫度傳感器時其合成參考電路是由電位器〔W1〕、〔W2〕和電阻〔R3〕、〔R4〕組成T型電路。
4.根據權利要求
1.2中所述的溫度計，其特征在于溫度傳感器〔1〕是由金屬溫度傳感器時其合成參考電路是由電阻〔R2〕、〔R3〕、〔R4〕，運算放大器〔AM〕，電位器〔W2〕，電阻〔R5〕及電位器〔W3〕組成。
5.根據權利要求
1.2中所述的溫度計，其特征在于溫度傳感器〔1〕是PN結式溫度傳感器時其合成參考電路是由電阻〔R2〕、〔R3〕、〔R4〕，運算放大器〔AM〕，電位器〔W2〕，電阻〔R5〕及電位器〔W3〕組成。
專利摘要
本實用新型提供了一種用集成電路A/D轉換器來進行數字化和非線性校正的數字溫度計，適合于有限溫區內以熱電偶、PN結式金屬電阻為感溫元件來測量溫度。把測溫信號電壓送往A/D轉換器信號輸入的同時，還把它和一個固定電壓以適當的極性和比例相合成作為A/D轉換的參考電壓，在進行A/D轉換的同時校正了非線性。
文檔編號G01K7/02GK86209326SQ86209326
公開日1987年12月12日 申請日期1986年11月21日
發明者胡嘉彬 申請人:胡嘉彬導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan