专利名称：智能热量仪的解析线性化与热容量自动补偿的方法
技术领域：
本发明涉及一种测量物质发热量的装置，特别是一种智能热量仪的解析线性化与热容量自动补偿的方法。
测量煤、油等物质的发热量多用氧弹法，它是将氧弹(一高压容器)置于量热计内筒中，被测物质在充氧的氧弹中充分燃烧，测出燃烧后的温升Δt，按下式计算出发热量 ，式中省去了其他无关的次要因素，E为量热计的热量容量，M为试样的质量，量热计的热容量E通过具有标准发热量的物质，如苯甲酸来标定。有如下三个原因导致目前流行的微机热量仪要求在测定发热量时与标定热容量时的内桶温度相差超过5K时，应重新标定热容量，一是当物质的比热容与温度有关，故E也与温度有关，二是当测温仪器存在非线性误差时，标定热容量时与测定发热量时的内桶温度的差别会带来发热量测量误差，三是当环境温度变化时，仪器的测温灵敏度和零点漂移。
本发明的目的在于提供一种使得热量仪能在其测温范围内标定热容量后，可在任意内桶温度下(测量范围内)测定发热量，而不必重新标定热容量的智能热量仪的解析线性化与热容量自动补偿的方法。
本发明的目的是通过如下方式实现的智能热量仪的解析线性化与热容量自动补偿的方法是用电阻Rt、R1和电阻R3、R4组成测量电桥；用电阻R0、RK、RL和电阻R3、R4组成校准电桥；测量电桥和校准电桥经分接开关S接放大器A，输出至模/数转换器ADC输出至微机PC；在温度t时，切换分接开关分别测出ADC输出的校准量程低端值NL，校准量程高端值NH，测温输出值Nt，在微机PC内计算此时的测温电阻 其中 然后在微机PC内，根据测温铂电阻Rt的传输方程Rt＝R0(1+at+bt2)计算出温度值t；在微机PC内存入热量仪的归一化热容量E*o，用微机PC查表得归一在热容量E*o，并计算最小热容量Emino，＝Eo/E*0存入微机PC。
本发明智能热量仪的解析线性化与热容量自动补偿的方法的优点是(1)由于测温线性度大幅度提高(全量程小于±0.0005℃，同类仪器为每5℃小于±0.002℃)，从而提高了热量仪的发热量测量精度。
(2)由于测温线性度的提高，加上采取了热容量的温度补偿修正，大大提高了仪器的环境适应性，不需经常标定热容量，节约了时间和劳动人。同类仪器要求如果在测定发热量时，环境温度与标定热容量时的环境温度相差超过5℃，则必须重新标定热容量，否则不能保证精确度。本仪器在测温范围(5-45℃)的任一温度下标定热容量后，可以在环境温度5-45℃范围内测定发热量均可保证精确度而不需重新标定热容量。
(3)动态校准技术大大提高了仪器的温度稳定性和时间稳定性。该仪器只有4个电阻影响仪器的稳定性，同类热量仪中引起漂移的元器件至少有测量电桥电阻、放大器的增益电阻、基准电源的分压电阻以及放大器ADC等(4)动态校准使热量仪成为免调整仪器，在生产和使用中无须任何调整，而同类仪器使用了2-3个电位器调零、调满度、调线性度(有的无线性调整)，费时费工且故障多、返修率高。
(5)由于采用了动态校准，降低了对元器件温度稳定性的要求，节约了成本。
图1是本发明电路原理图2是本发明仪器热容量与温度关系曲线图。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明如图1所示本发明智能热量仪的解析线性化与热容量自动补偿的方法是由电阻Rt、R1和电阻R3、R4组成测量电桥，由电阻R0、RK、RL和电阻R3、R4组成校准电桥，测量电桥和校准电桥经分接开关S接放大器A，输出至模/数转换器ADC输出至微机PC。测量传感器电阻Rt采用4线接法，消除引线的温度系数对测量结果的影响，分接开关S的1点接至RK、RL之间，用以校准量程低端，分接开关S的2点接至R0与RK之间，用以校准量程高端。本发明是通过如图1所示电路对仪器进行动态自校准，通过计算机内的软件的解析计算方法对电桥的非线性和电阻Rt传感器的非线性进行完全线性化，采用计算机查表计算对热容量随温度的变化进行修正。
本发明的工作原理如下1.用如图1所示的电路对仪器进行动态自校准，图中R1、Rt构成测量支路，R0、RK、RL构成校准支路，R3、R4构成电平偏移支路，Rt为铂电阻传感器。传感器Rt采用4线接法、以降低环境温度变化时连接线引起的测量误差。R1、R2、RK、RL采用高精度、低温漂电阻，A为放大器，ADC为模/数转换器，PC为微机。
当多路开关S处于位置1时，校准量程低端，ADC输出为NL=(RLR0+RK+RL-R4R3+R4)VRG+N0----(1)]]>式中G为A和ADC的传输系数，N0为零点输出。当多路开关处于位置2时，校准量程高端，ADC输出为NH=(RL+RKR0+RK+RL-R4R3+R4)VRG+N----(2)]]>当多路开关处于位置3时，得测温输出，ADC输出为Nt=(RtRt+R1-R4R3+R4)VRG+N0----(3)]]>于是有NH-NL=(RL+RKR0+RK+RL-RLR0+RK+RL)VRG----(4)]]>G=R0+RK+RLVRRK(NH-NL)----(5)]]>Nt-NL(RtR1+Rt-RLR0+RK+RL)VRG----(6)]]>由(5)(6)式可计算出Rt，且其误差及漂移仅与R1、R0、RK、RL四个电阻有关，与放大器A、ADC、桥压均无关系。
2、采用软件解析计算的方法对电桥的非线性和铂电阻传感器的非线性进行完全线性化。由式(5)和(6)直接计算可得Rt=R1(Aα+B)1-(Aα+B)----(7)]]>从而实现了电桥的完全线性化，式中α=Nt-NLNH-NL,]]>A=RKR0+RK+RL,]]>B=RLR0+RK+RL]]>铂电阻的传输方程为Rt＝R0(1+at+bt2)式中a＝3.90802×10-3，b＝-5.802×10-7，R0为传感器0℃时的电阻值，Rt由(7)式算出。用软件解二次方程(8)计算出温度t，即实现了传感器的完全线性化。
3.采用软件方法对热容量随温度的变化进行修正。仪器的热容量由氧弹、内桶、内桶中的水、氧弹中的气体的热容量相加而成，比热与温度的关系如图2，金属的比热在0-50℃内一般与温度成线性关系，且随温度升高而增大，不同的金属其关系不同。通过计算和/或实测可得出仪归一化器热容量E*与温度的关系，E*＝E/Emin，Emin为测温范围内的最小热容量，E为温度A时的热容量，在任一温度t0下标定其热容量，得到标定的热容量时，根据内桶温度t查表得出该温度下的归一化热容量E*再计算得出该温度下的热容量E＝E*·Emin。
权利要求
1.一种智能热量仪的解析线性化与热容量自动补偿的方法，其特征于用电阻Rt、R1和电阻R3、R4组成测量电桥；用电阻R0、RK、RL和电阻R3、R4组成校准电桥；测量电桥和校准电桥经分接开关S接放大器A，输出至模/数转换器ADC输出至微机PC；在温度t时，切换分接开关分别测出ADC输出的校准量程低端值NL，校准量程高端值NH，测温输出值Nt，在微机PC内计算此时的测温电阻 其中 然后在微机PC内，根据测温铂电阻Rt的传输方程Rt＝R0(1+at+bt2)计算出温度值t；在微机PC内存入热量仪的归一化热容量E*o与温度的关系表，在任一温度t0标定热容量E*o，用微机PC查表得归一在热容量E*o，并计算最小热容量Emino，＝Eo/E*o存入微机PC。
全文摘要
本发明涉及一种测量物质发热量的装置,它解决了热量仪测定发热量不准确和标定热容量困难。它是由测量电桥和校准电桥经分接开关S接放大器A,模/数转换器ADC输出至微机PC。通过开关切换分别校准测温范围的低端和高端,用微机计算测温电阻值并实现线性化,用微机和计算对热容量进行温度补偿,是一种理想的智能热量仪的解析线性化与热容量自动补偿的方法。
文档编号G01N25/20GK1376911SQ0110697
公开日2002年10月30日 申请日期2001年3月27日 优先权日2001年3月27日
发明者成继勋, 徐光远 申请人:湘潭工学院