CN103592056A - 一种基于温度差的温度校验仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于温度差的温度校验仪，它是模拟现场使用的热电偶温度传感器所产生的温差热电势，对热电偶温度测量仪表进行出厂校验或运行中的热电偶温度测量仪表的测量误差进行校正，从而提高热电偶温度测量仪表的测量精度。

Description

一种基于温度差的温度校验仪

（一）技术领域：

本发明涉及一种基于温度差的温度校验仪，它是模拟现场使用的热电偶温度传感器所产生的温差热电势，对热电偶温度测量仪表进行出厂校验或运行中的热电偶温度测量仪表的测量误差进行校正，从而提高热电偶温度测量仪表的测量精度。

（二）背景技术：

工业生产中广泛使用热电偶温度测量仪表，对生产过程中的温度进行测量，如果生产过程中发生热电偶温度测量仪表故障，导致仪表的显示值错误，轻则产品全部报废，重则产品和生产设备都要报废，因此须经常在生产过程中对热电偶温度测量仪表的显示值进行校验，判断该热电偶温度测量仪表是否存在故障，以便及时处理。现有的温度校验仪表主要采用电子电位差计和新出现基于Ｄ／Ａ转换的数字式温度校验仪表，但两者均未计入环境温度的影响，而且前者笨重功能差，后者极昂贵难普及。

（三）发明内容：

现有均采用电子电位差计的方法校验热电偶温度测量仪表，不但操作程序复杂，而且注意事项多，一般只校验2至3个温度点。热电偶输出的是毫伏信号，需要直流稳压电源，现有产生直流稳压信号的方法，大多采用串联反馈式稳压方式，在其输出端支路设置有取样电阻和电位器，通过调节电位器来调节输出电压，但是由于电位器阻值变化的非线性及其调节范围窄及分辨率很差，使得采用该稳压方式难以实现输出电压的精确调节。另一种方式是采用ＣＰＵ将设定值的数字量经Ｄ／Ａ转换成模拟量，再经放大电路处理后输出，但是由于采用这种方式电路复杂，产生误差的环节多而且模拟量易受噪声干扰，处理复杂，因此产品昂贵。

本发明介绍一种基于温度差的温度校验仪，该温度校验仪具有电路简单较少模拟量环节，主要用于热电偶温度测量仪表的出厂校验或对运行中仪表进行校验，判断该热电偶温度测量仪表是否存在故障，并校正测量误差。当前用于校验热电偶温度测量仪表的校验仪器，均基于热电偶冷端温度为0度时所产生的热电势信号。热电偶直接用作测量介质温度的一端叫做工作端，另一端叫做冷端，由于热电偶测量的是两端温度差，为了确定热端的实际温度，冷端温度必须是已知的。因此现有用于温度校验的仪器所校验的是热电偶冷端温度为0度的真实温度热电势，因此未计入环境温度的影响。所述一种基于温度差的温度校验仪，则是在所述温度校验仪中增设一个采用铂热电阻温度传感器的环境温度测量模块，由该模块测量得到的环境温度，再查热电偶温度测量仪表所使用的热电偶分度表得到环境温度热电势，然后将所述温度校验仪输出的真实温度热电势减去环境温度热电势就得到基于两端温度差的所模拟的热电偶热电势，它和热电偶冷端温度为0度的真实温度热电势一起作为温度校验毫伏信号输出。由于热电偶温度测量仪表均有冷端补偿，因此温度校验仪使用时，热电偶温度测量仪表的冷端补偿过程又加上了环境温度热电势以求得到真实温度热电势，但是由于热电偶温度测量仪表多使用热敏电阻、集成ＩＣ等简易方法测量环境温度，从而将热电偶温度测量仪表冷端补偿误差也并入所述温度校验仪的校验范围，并且无需在进行温度校验时减去难准确测定的环境温度热电势，从而简化温度校验过程提高了温度校验精度。

所述一种基于温度差的温度校验仪是将恒定的直流电源电压，经脉宽调制模块和滤波放大模块处理后成为平滑的直流毫伏信号，其中滤波放大模块是采用低噪声运算放大器ＩＣ，再经电子开关输出产生校验毫伏信号，脉宽调制模块的作用是用脉冲宽度调制的方法把恒定的直流稳压电源调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，其脉宽调制信号是由单片机的两个定时器配合产生，并经光电耦合器隔离输出，再由脉宽调制模块对该直流电源电压按预置的脉宽调制信号的占空比进行开关操作，其中一个定时器用于产生固定周期的方波信号，其定时器的初值设置是依据所采用的热电偶分度表，依其热电势值并按温度范围及***对分辨率的要求，在热电偶分度表的温度范围内细分成相等的步进值，并将温度范围内所须热电势步进值的步数的数字量作为定时器的初值。由于直接采用两个定时器产生脉宽调制信号，还具有方便于输入设定值的确定，使之与温度校验点一一对应。当该定时器产生溢出中断时，***同时起动两个定时器，另一个定时器的各设定值与所要校验温度范围内的各校验点一一对应，并将主要的校验点做成表格以便单片机在效验温度时调用处理。在所述温度校验仪出厂和检修时，各设定值的确定，还采用精度等级传递计量标准规定的高精度毫伏测量仪器为基准，测量其输出的温度校验毫伏信号，来校正定时器的设定值。由于本***无需进行数模转换，模拟量环节少，噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或反之，才能对数字信号产生影响从而提高了对噪声抵抗能力。

所述一种基于温度差的温度校验仪包含单片机，用于产生脉宽调制信号及产生各种控制信号，在单片机控制下，***将用于生成温度校验信号的直流稳压电源模块的稳定直流电源电压送入脉宽调制模块，单片机产生的脉宽调制信号经光电耦合器隔离输出至脉宽调制模块，使直流稳压电源按脉宽调制信号的占空比进行开关输出操作，再送入滤波放大模块，使脉宽调制信号经滤波放大后成为平滑直流毫伏信号，同时，环境温度测量模块将测量的环境温度通过ＲＳ232送入单片机查表转换成环境温度热电势并作求差计算，存储模块用于存储各温度校验信号的定时器设定值，供单片机在校验时调用，显示模块用于人机交流。

（四）附图说明：

图1是一种基于温度差的温度校验仪的电路结构方框图。

（五）具体实施方式：

一种基于温度差的温度校验仪，其电路结构如图1所示，它由电源模块1、单片机2、光电耦合器3、脉宽调制模块4、滤波放大模块5、输出电子开关模块6、直流稳压电源模块7、铂热电阻传感器8、环境温度测量模块9、显示模块10、存储模块11、组成。其中单片机2采用89Ｃ52用于生成脉宽调制信号，该脉宽调制信号经光电耦合器3送入到脉宽调制模块4，使之按脉宽调制信号的占空比控制脉宽调制模块4中电子开关，用于接通与关断直流稳压电源模块7的直流稳定电压。被调制后宽度按设定值变化的脉冲电压序列，再输入到滤波放大模块5处理，使之成为平滑的直流毫伏信号。该滤波放大模块5由电容器及ＯＰ07等低噪声运算放大器ＩＣ构成，它经由多路选择开关ＣＤ4052构成的输出电子开关模块6选通后，输出热电偶温度传感器及其分度表的温度校验毫伏信号，同时单片机2还用于确定定时器设定值及扣除环境温度的影响并用于产生各种控制信号。环境温度测量模块9和铂热电阻传感器8用于测量环境温度，铂热电阻传感器8采用三线制的方法来接线，电路部分采用电桥平衡产生电位差，经过环境温度测量模块9中的信号放大电路、Ａ／Ｄ转换及89Ｃ4051计算得到环境温度，同时，存储模块11，它由非易失性存储器ＩＣ构成，用于存储各种温度热电偶温度传感器及其分度表的温度校验点的定时器设定值及其补偿值，供单片机在校验时调用。显示模块，用于人机交流及温度各个校验点的设定值和校验值的输入和显示。

Claims (2)

1.一种基于温度差的温度校验仪，该温度校验仪用于热电偶温度测量仪表的出厂校验或对运行中仪表进行校验，其特征是：在所述温度校验仪中增设一个采用铂热电阻温度传感器的环境温度测量模块，由该模块测量得到的环境温度，再查热电偶温度测量仪表所使用的热电偶分度表得到环境温度热电势，然后将所述温度校验仪输出的真实温度热电势减去环境温度热电势就得到基于两端温度差的模拟的热电偶热电势，它和热电偶冷端温度为0度的真实温度热电势一起作为温度校验毫伏信号输出，由于热电偶温度测量仪表多使用热敏电阻、集成ＩＣ等简易方法测量环境温度，从而将热电偶温度测量仪表冷端补偿误差也并入所述温度校验仪的校验范围，无需在进行温度校验时减去难准确测定的环境温度热电势，从而简化温度校验过程提高了温度校验精度；所述一种基于温度差的温度校验仪是将恒定的直流电源电压，经脉宽调制模块和滤波放大模块处理后成为平滑的直流毫伏信号，其脉宽调制信号是由单片机的两个定时器配合产生，并经光电耦合器隔离输出，再由脉宽调制模块对该直流电源电压按预置的脉宽调制信号的占空比进行开关操作，其中一个定时器用于产生固定周期的方波信号，其定时器的初值设置是依据所采用的热电偶分度表，依其热电势值并按温度范围及***对分辨率的要求，在热电偶分度表的温度范围内细分成相等的步进值，并将温度范围内所须热电势步进值的步数的数字量作为定时器的初值，当该定时器产生溢出中断时，***同时起动两个定时器，另一个定时器的各设定值与所要校验温度范围内的各校验点一一对应，在所述温度校验仪出厂和检修时，各设定值的确定，还采用精度等级传递计量标准规定的高精度毫伏测量仪器为基准，测量其输出的温度校验毫伏信号，来校正定时器的设定值。

2.根据权利要求1所述的一种基于温度差的温度校验仪，其特征在于它包括：

单片机、光电耦合器、脉宽调制模块、滤波放大模块、输出电子开关模块、直流稳压电源模块、铂热电阻传感器、环境温度测量模块、存储模块；其中单片机用于生成脉宽调制信号，该脉宽调制信号经光电耦合器送入到脉宽调制模块，使之按脉宽调制信号的占空比控制脉宽调制模块中电子开关，用于接通与关断直流稳压电源模块的直流稳定电压，被调制后宽度按设定值变化的脉冲电压序列，再输入到滤波放大模块处理，使之成为平滑的直流毫伏信号，环境温度测量模块和铂热电阻传感器用于测量环境温度。

Images