专利名称：双臂测量一双臂可调式电桥的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种可用来测量温度或压力等非电量的电桥，尤其涉及一种两个对角桥臂上接一对相同的传感器作为测量元件(如测温头)，而另外两个对角桥臂上各接一组串联的可精密调节的电阻及固定电阻组成的电桥；也可将测量温度和测量压力等不同非电量的电路轮换接入同一个数字显示电路或电流计，成为一种多功能电桥。
一般的惠斯通电桥电路中，通常在一个桥臂上接一个测量元件(如半导体测温头)，另一个对称的桥臂上接一组可置换以改变量程的电阻，还有一对桥臂，通常是接一对相同的固定电阻。由于半导体电阻随温度的变化是非线性的关系，所以要考虑由于非线性引起的误差。在发明专利申请(申请号94118487.0公开号CN1143183A)中设计在电桥电路中与测量元件对称的桥臂上接一组串联的可精密调节的电阻及适当的固定电阻，可使整个测量范围覆盖一很广阔的范围，而又分成了许多个可以调节的小量程，在测量时可以选择适当的小量程使由于非线性引起的误差减小，因而能测得精确度较高的结果。现在，我们在此基础上再发展，设计一种可用来测量温度或压力等非电量的电桥。
本实用新型的目的是要提供一种改进的电桥，采用一对测量元件测量非电量，在被测的非电量变化一个单位时，相应的电阻变化的百分率比只用一个测量元件时约高一倍，而且，这种电桥可以把整个测量范围按需要分成许多个可调节的量程，使测量获得精确度较高的结果。
本实用新型的目的是这样来实现的在电桥的两个对角桥臂上接一对相同的测量元件而在另外两个对角桥臂上各接一组串联的可精密调节的电阻及具有适当电阻值的固定电阻。当测量元件处于某一确定的物理状态具有某一确定的测定值(例如测温元件处于标准温度计示数为0℃的恒温槽中)时，我们可以调节两组电阻，使其电阻相等而使电桥平衡，则每组电阻与每一测量元件在此状态所具有的电阻也相等。如测量元件所处的物理状态改变，例如温度降低一度，半导体测温元件的电阻增大为原来(0℃时)电阻的105％。因为有两个测量元件电阻都增大，如两组电阻中有一组保持不变，则另一组电阻必须调节增大为原来电阻值的105％×105％＝110.25％，才能使电桥恢复平衡。由此可见，采用在两个对角桥臂上接一对测量元件，测量值每变化一个单位时相应的电阻变化的百分率要比只采用一个测量元件时高一倍。而在另外两个对角桥臂上各接一组串联的可精密调节的电阻及具有适当电阻值的固定电阻，就可以在温度升高时，逐段减小其中一组电阻的电阻值，调节电桥平衡，在可调节电阻上标上在温度升高至某一温度时调使电桥平衡的位置。在温度降低时，逐段增大另一组电阻的电阻值，调节电桥平衡，在可调节电阻上标上在温度降低至某一温度时调使电桥平衡的位置。因此，采用了两组串联的可精密调节的电阻及具有适当电阻值的固定电阻就可以按需要把整个测量范围分成许多个量程。在测量时，我们可以选用适当的小量程，使测量获得精确度较高的结果。
本实用新型的特征是在两个对角桥臂上接一对相同的传感器作为测量一种非电量的测量元件而在另外两个对角桥臂上各接一组串联的可精密调节的电阻及具有适当电阻值的固定电阻组成一电桥，其特征还在于在这两组可调节的电阻上标记着测量元件处于各确定物理状态(具有一定的测量值)时调使电桥平衡的位置。其优点是测量的非电量每变化一个单位响应的电阻变化的百分率要比只要一个测量元件时高一倍而整个测量范围可分成许多个适当的量程使测量可获得精确度比较高的结果。
附
图1，2是说明本实用新型两种实施例的图，图3是对图1中一部分的补充说明。下面先结合附图1详细说明本实用新型的一种实施例，附图1中，1，2是一对相同的测量元件RT，可以是半导体测温元件如半导体测温用晶体管，也可以是测压力的元件，在单晶硅膜片上用集成工艺制成的半导体应变电阻，它具有压阻效应，电阻随压力变化，电阻变化率ΔR/R与压力变化ΔP成正比。3-13和14-24，是两组接在两个11线开关上的串联的可精密调节的电阻及具有适当电阻值的固定电阻。这些可调节的电阻及具有适当电阻值的固定电阻是这样设计的当3-13开关转到13位置而14-24开关转到14位置时，可调节13，14两处的可调节电阻使25，26两点之间的电阻与27，28两点之间的电阻相等，又与两个测量元件处于某确定的物理状态时(例如两测量元件置于一可调控温度的恒温槽中标准温度计示数为某一确定值，例如，20.00℃)所具有的电阻值相等，因而使电桥处于平衡状态，26，27两点电位相同，输出到数字显示电路的电压为零，数字显示为零。数字显示电路可以用运算放大器将1-199毫伏的微弱电压放大十倍与最大测量值为1.999伏的3位数字电压表配合显示测量读数，数字显示的小数点可以按测量需要安排在哪一点亮(将该点与电源负极接通)。我们可以根据需要，校准数字显示的示数，例如在测温元件所处的恒温槽温度从20.00℃升至21.00℃电桥不平衡，我们可以调节相应的与电源连接的可调节电阻使数字显示为1.00即表示此时测量元件所处温度为20.00+1.00＝21.00℃。在温度升高到22.00℃时，我们可以将3-13开关转到12位置(这时14-24开关必须保持在14位置)调节12处的可调节电阻使电桥平衡，即数字显示为零。然后，调控恒温槽温度，使升到23.00℃，电桥不平衡，我们调节相应的(后面将对”相应”作出解释)与电源连接的可调节电阻，使数字显示为1.00即表示测量元件所处温度为22.00+1.00＝23.00℃。同理，在测量元件所处温度低于20.00℃时，应将3-13开关转到13位置，而将14-24开关转到相应的15，16…位置去调节15，16，…处的可调节电阻使测量元件在18.00℃，16.00℃，…使电桥平衡。如此进行，我们就可以在某一温度(以上举例是20.00℃)或某一压力或其他非电量，上下一定测量值范围(以上举例是每隔2.00℃)确定一电桥平衡的位置即从0℃到20.00℃再到40.00℃把测温范围分成了0℃-2.00℃，2.00℃-4.00℃，…38.00℃-40.00℃，40.00℃-41.99℃共21个量程，使测量值可以读数读到小数点后两位，而且，0℃，1.00℃，2.00℃，…20.00℃，21.00℃，22.00℃…40.00℃，41.00℃都是与标准温度计示数对照校准过的，因此，测量值比用一般方法的精确度要高。以上举例是测0℃-41.99℃的温度，同样，我们可以调整测量范围也可用于测量压力或其他非电量。
以下要补充说明的是，在与电源连接的电路中串联两个11线开关(29，30)以及21个分别与21个量程相对应的可精密调节的电阻，为简明起见在图1中仅以标出29，30的两个圆圈代表，实际上是29，30两个11线开关分别与14-24开关及3-13开关同步转换(参阅图3)，当14-24开关转在14位置时，3-13开关转在3，4，…，12，13位置时各有一相对应的可精密调节的电阻与电源串联，调节该电阻可调节通入电桥的电流，也就可调节26，27两点间电桥的输出电压，使数字显示的数字符合校准测量读数的要求(例如显示1.00)，在3-13开关转在13位置而14-24开关转在14，15，16…，24的任一位置时也都各有一相对应的可调节的电阻与电源连接可用来调节电流以校准数字显示的读数。
按上述设计，两个11线开关中必须有一个转在13位置或另一个转在14位置，否则，电路将不通，因为那种桥臂电阻比例是我们不采用的。
以下结合附图2详细说明本实用新型的另一种实施例。附图2中，31，32是一对测量元件(RP)可以是测温元件，也可以是测压力等其他非电量的测量元件，33是电源(E)，例如12伏直流电源，通过一个场效应整流晶体管(34)，使一恒定电流I流入电桥电路，电桥的另一端(38)接地为电源负极。35，38是同步开关，当35转至36时，38转至39，41-51是11线开关，当如图中表示转在41位置时，一组串联的可精密调节的电阻及具有适当电阻值的固定电阻尚未接入电桥电路，此时可调节36，39处的可精密调节的电阻，使电桥在一对测量元件处于某一确定物理状态时，如压力测量元件处于某一定压力(压强P0)时电桥平衡，在压力增大时，电桥不平衡，此时，可调节相应的电位器53的位置使53与52间的电压输出到数字显示电路，能显示出此时压力的测量值P-P0，因而，在压力大于P0时，在一定的压力范围内可以由数字显示读出测量值。如要测比P0小的压力时，可将35转至37，38同步转至40，此时可调节37，40两个可调节的电阻，使两个测量元件处于某一压力P1(P1＜P0)电桥平衡，同样调节相应的电位器(53已换为54)，可校准数字显示的测量值。41-51开关接的一组串联的可精密调节电阻的作用是可将开关转至42，43，…，51各位置使在电桥的一个桥臂电阻39与52之间或40与52之间并联一个适当的电阻，可以调节相应的可调节电阻(42，43，…，51)使它达到预定要求，使这一桥臂因并联一电阻而电阻减小，因而使电桥在测量元件处于比P0小的压力P2，P3，P4，P5，P6或比P1小的压力P7，P8，P9，P10，P11时电桥平衡，因而可把小于P0及小于P1的两个测量范围又各分成五个量程来进行测量。用来调节输出电压校准数字显示测量读数的电位器(53)应该和开关38转到39或40，开关41转到41，42，43，…，51决定的12个量程相对应一共有53，54，55，…，64等12个电位器与上述两开关(39-40，41-51)同步切换，为简明起见在图2中未画出，特此说明。
权利要求1.一种采用一对相同测量元件测量非电量的电桥，该电桥的特征是两个对角桥臂是一对相同的测量元件，而另外两个对角桥臂各是一组可精密调节的电阻与具有适当电阻值的固定电阻的串联或并联组成的可精密调节的电阻。
2.权利要求1所述的测量非电量的电桥，该电桥的特征还在于两组可调节的电阻上标记着测量元件处于各确定物理状态(具有一定的测量值)时，调使电桥平衡的位置。
3.权利要求1及权利要求2所述的测非电量的电桥，该电桥的特征还在于采用许多个与相应桥臂电阻同步切换的可精密调节的电阻与电源相连接。
4.权利要求1及权利要求2所述的测非电量的电桥，该电桥的特征还在于采用许多个与相应桥臂电阻同步切换的可精密调节的电位器作为电桥输出电压的分压器，调节输送到数字显示电路去的电压。
专利摘要本实用新型涉及一种具有一对相同测量元件的电桥,这种改进的电桥采用两组可精密调节的电阻与具有适当电阻值的固定电阻串联或并联作电桥桥臂,可适用于测量温度或压力等非电量,可调节量程,因而可选用适当的量程获得精确度较高的测量结果。
文档编号G01R27/00GK2301732SQ97222898
公开日1998年12月23日 申请日期1997年6月11日 优先权日1997年6月11日
发明者何铨 申请人:何铨