专利名称：智能热量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测量物质发热量的装置，特别是一种主要用于测量煤的发热量的智能热量仪。
测量煤的发热量多用氧弹法，它是氧弹(一高压容器)置于量热筒中，煤样在充高压氧气的氧弹中点火燃烧，用高分辨率温度计测量出点火后的温升从而计算出煤的发热量。目前人们使用的微机型热量计大多采用通用微机加上测温及点火电路来进行自动点火，温度数据采集以及结果计算、报表打印工作。但由于它们的测温电路使用常规的电阻电桥，其线性误差很大，准确度与稳定性较差而且仪器在生产及使用过程中要进行灵敏度调整，或者要在生产过程中对某些元器件进行严格的选配，给生产带来不便，此外，其微机配置的软件不够完善，人机界面不够友好。
本实用新型的目的在于提供一种测量准确度高，工作稳定，在生产和使用中不需调整的智能热量仪。
本实用新型是用如下方式完成的智能热量仪，它包括微计算机PC及接口电路I／O，由工作恒流源电路I1输出经双四选一模拟开关集成电路A4的一组开关分别选择接通电阻R1，R2和测温铂电阻Rt，从电阻R1，R2和测温铂电阻Rt上分别取电压信号经双四选一模拟开关集成电A4的另一组开关选择接通输出至放大器A5的一输入端；由参比恒流源电路I2输出接参比电阻R，在参比电阻R上取电压信号输出至放大器A5的另一输入端；由放大器A5输出经模／数转换电路A6转换成数字信号，再经接口电路I／O输入到计算机PC；从接口电路I／O输出地址信号至双四选一模拟开关集成电路A4的地址端A和B，从接口电路I／O输出控制信号至点火电路的控制继电器J，点火电路由继电器J的接点J1串接点火丝RF。工作恒流源I1和参比恒流源I2分别由放大器A1和A2输出端接三极管T1和T2的基极，从三极管T1和T2的发射极引出负反馈信号至放大器A1和A2的反相输入端，由基准电压源A3输出端接到放大器A1和A2的同相输入端提供基准电压，在三极管T1和T2的发射极串接电阻R3和R4作电流反馈电阻，从三极管T1和T2的集电极输出恒流源电流。铂电阻Rt两端连接有四根长度和阻值相同的导线，其中铂电阻Rt的一端用一根导线连接双四选一模拟开关集成电路A4的一个开关接线端，铂电阻Rt的另一端有三根导线分别连接电阻R1和R2、电阻R以及接地。
本实用新型采用双恒流源供电的铂电阻测温桥路，完全消除了桥路本身的非线性。测温铂电阻与仪器的连接采用了现有技术中不曾使用的四线接法，消除了引线的温度系数对测量结果的影响。采用了软件计算法按分度公式对铂电阻进行线性化。为充分发挥微型计算机的功能，采用了动态调零和动态标度校准技术。这一技术使得整机测量误差主要取决于两只标准电阻，完全避免了其它元件参数的偏差和温度系数，放大器、模数转换器、基准电源等部件的温度漂移等对测量结果的影响。这一技术降低了对元器件的精度要求，从而降低了生产成本，使得该仪器在生产和使用过程中无需任何调整，大大地方便了生产，简化了使用方法。本实用新型具有精度高、工作稳定，克服了目前这类仪器在校准仪器热容量和测量发热量时使用环境温度相差不超过5％的要求，它能在校准仪器热容量和测量发热量时环境相差40℃时，也能保证测量精确度。
图1是本实用新型电路原理图。
图2是简化图1的双恒流源检测桥路消除非线的电原理图。
图3是简化图1的电原理图。
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明本实用新型智能热量仪如图1所示，在图1中，由集成运算放大器A1、三极管T1构成工作恒流源电路I1(即附图2和图3中的I2)，由集成运算放大器A2三极管T2构成参比恒流电路I2(即附图2和图3中的I2)，在三极管T1和T2的发射极引出电流负反馈信号至放大器A1和A2的反相输入端，它们通过电流反馈来稳定恒流源电路输出的电流，图1中串接在三极管T1和T2发射极上的电阻R3和R4为电流反馈电阻。A3为恒流源电路的基准电压源，A3采用集成电路MC1403，A3输出基准电压至放大器A1和A2的同相端。A4为双四选一模拟开关集成电路采用CD4052，由软件控制微计算机PC经接口电路I／O输出两路地址信号至A4的地址端口A和B，控制双四选一模拟开关A4两组开关的切换。工作恒流源电路I1从三极管T1的集电极输出电流至双四选一模拟开关A4的一组开关的X接线端，经A4的一组开关的X0、X1、X2接线端分别连接电阻R1、R2、铂电阻Rt，从电阻R1、R2和铂电阻Rt上取出电压信号经双四选一模拟开关的另一组开关的Y0、Y1、Y2接线端分别选择接通，经A4的Y接线端接至放大器A5的一个输入端。参比恒流源电路I2从三极管T2的集电极输出电流接参比电阻R，从参比电路R上取电压信号输入至放大器A5的另一输入端，放大器A5构成一差动放大器。电阻R1、R2、R与铂电阻Rt的连接是用四根长度和阻值相同的导线连接铂电阻Rt(如图1、图3所示)，其中在铂电阻Rt的一端有一根导线连接模拟开关A4的X2和Y2端，在铂电阻Rt的另一端有三根导线一根导线连接电阻R1和R2，一根导线连接参比电阻R，另一根导线连接地线，构成如图3所示的桥路，图3中电阻r为导线电阻，图1中Rt为温度传感器铂热电阻，R1，R2为高精度的标准电阻，其中R1作为调零电阻，其值等于热量仪量程下限时的铂热电阻Rt的阻值，R2为标度校准电阻，其值等于热量仪量程上限温度时铂热电阻Rt的阻值，R为参比电阻。从放大器A5输出放大信号至模／数转换器A6转换成数字信号输入至接口电路I／O后输入至微型计算机PC，微机PC通过软件采集各路数据进行计算，微型计算机PC的软件使用一个配置文件来记录选择项以及仪器的一些可变参数，程序运行时自动读入，无需每次实验都用键盘输入，屏幕有多种故障提示，键盘操作过程中如有失误，可返回上一步，微型计算机PC采用1BM－PC机。图1中智能热量仪的点火电路由继电器J的接点J1串接限流电阻R5和点火丝RF构成，由软件控制从接口电路I／O输出控制信号接继电器J，控制继电器动作，点火电源直接取自微机内＋12V电源。图1中放大器A5、模／数转换器A6及微机接口电路I／O采用常规的设计，这里不再累述。
用双恒流源检测桥路消除非线性的原理说明如下如图2所示图2中I1和I2分别为工作恒流源和参比恒流源。桥路输出电压Uq为Uq＝I1Rt－I2R显然，输出Uq与Rt成线性关系。
动态调零、动态标度以及铂电阻四线接法的原理说明如图3所示，在图3中ae、ce、de、bf为铂电阻Rt的四根引接导线，导线长度相同，电阻均为r。仪器每测量一个温度值，都进行“零点校准”和“满度校准”(标度校准)。首先，软件程序使双四选一模拟开关A4的两组开关S1和S2接通电阻R1，计算机PC采集对应于温度量程下限的电压U1，即″校零″。然后软件程序使A4的两组开关的S1和S2接通电阻R2，计算机PC采集对应于温度量程上限的电压U2，即“校满度”。最后软件程序使A4的两组开关S1和S2接通Rt，计算机PC采集对应于被测温度时的电压Ut。设智能热量仪的放大器与模／数转换器总的传输系数为K，由图3可知在S1、S2分别接通1，2，3时输出的电压U1，U2和U3分别为U1＝K［I1(R2＋r)－I2(R＋r)］ (1)U2＝K［I1(R2＋r)－I2(R＋r)］ (2)Ut＝K［I1(Rt＋r)－I2(R＋r)］ (3)由上式看出计算机PC采集到的电压U与A4的两组开关S1、S2接通的电阻大小成线性关系，因此有(Rt－R1)／(R2－R1)＝(Ut－U2)／(U2－U1)被测温度下的铂电阻Rt即按上式计算，但R1，R2用其标值称R1n和R2n代替，即Rt＝(R2n－R1n)(Ut－U1)／(U2－U1)＋R1(4)被测温度值由软件用分度公式计算或用查分度法求出，分度公式为Rt=R0(1＋At＋Bt2)式中R0为0℃时铂电阻Rt的阻值，t为温度，A＝3.90802×10－3，B＝5.802×10－7以(1)(2)(3)式代入(4)式，得Rt＝(R2n－R1n)(Rt－R1)／(R2－R1)＋R1(5)式中R1，R2为电阻的实际阻值。(5)式说明，温度测量值仅与R1，R2的值有关，即消除了恒流源I1、I2以及传输系数K的误差对测量结果的影响，也消除了引接线电阻r的温度系数对测量结果的影响。
权利要求1.一种智能热量仪，它包括微计算机PC及接口电路I/O，其特征是由工作恒流源电路I1输出经双四选一模拟开关集成电路A4的一组开关分别选择接通电阻R1，R2和测温铂电阻Rt，从电阻R1，R2和测温铂电阻Rt上分别取电压信号经双四选一模拟开关集成电A4的另一组开关选择接通输出至放大器A5的一输入端；由参比恒流源电路I2输出接参比电阻R，在参比电阻R上取电压信号输出至放大器A5的另一输入端；由放大器A5输出经模/数转换电路A6转换成数字信号，再经接口电路I/O输入到计算机PC；从接口电路I/O输出地址信号至双四选一模拟开关集成电路A4的地址端A和B，从接口电路I/O输出控制信号至点火电路的控制继电器J，点火电路由继电器J的接点J1串接点火丝RF。
2.根据权利要求1所述智能热量仪，其特征在于工作恒流源I1和参比恒流源I2分别由放大器A1和A2输出端接三极管T1和T2的基极，从三极管T1和T2的发射极引出负反馈信号至放大器A1和A2的反相输入端，由基准电压源A3输出端接到放大器A1和A2的同相输入端提供基准电压，在三极管T1和T2的发射极串接电阻R3和R4作电流反馈电阻，从三极管T1和T2的集电极输出恒流源电流。
3.根据权利要求1所述智能热量仪，其特征在于铂电阻Rt两端连接有四根长度和阻值相同的导线，其中铂电阻Rt的一端用一根导线连接双四选一模拟开关集成电路A4的一个开关接线端，铂电阻Rt的另一端有三根导线分别连接电阻R1和R2、电阻R以及接地。
专利摘要本实用新型涉及一种测量物质发热量的装置，它是由工作恒流输出经双四选一模拟开关A4的一组开关选择接通电阻R1、R2和测温铂电阻Rt，并从R1、R2、Rt上取电压信号经A4的另一组开关选择接至放大器A5的一输入端，参比恒流源输出接电阻R，从R上取电压信号输至放大器A5的另一辅入端，从A5输出经模数转换器A6输至接口电路I/O。接口电路I/O输出两路地址信号至A4，输出一路控制信号至点火电路的继电器J。它特别适用测量煤的发热量。
文档编号G01K17/00GK2174690SQ93234880
公开日1994年8月17日 申请日期1993年10月23日 优先权日1993年10月23日
发明者成继勋, 徐光远 申请人:湘潭市瑞桑信息技术公司