专利名称：自动选档式非平衡电桥温差测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种数字式温差测量仪，尤其是自动选档式非平衡电桥温差测量仪。
根据测量和实验的需要，数字式温差测量仪要达到的技术指标如下测量温差的温度范围为-20℃~+120℃，稳定度为±0.001℃(温差范围-5℃~+5℃，应为在一次实验中温差范围变化值不会超过-5℃~+5℃)，同时需显示实际温度值，稳定度为±0.1℃。需要能在测量温差的温度范围-20℃~+120℃中的任何一点温度内温差显示值清零，以此为零点开始实验测量温差值。
因为测量温差的温度范围为-20℃~+120℃，稳定度为±0.001℃，因为测量温度的范围宽，且测量的精度要求高，所以理论上需要A/D转换器至少为18bit。以上方案设计仪器，生产成本较高。
本实用新型的目的是提供一种自动选档式非平衡电桥温差测量仪，能自动覆盖较大的温度测量范围，且生产成本较低。
本实用新型的目的是这样实现的自动选档式非平衡电桥温差测量仪，包括测量、放大电路、AD转换电路和微处理器、显示电路构成，测量电路为一个电桥，包括测量电阻和其它电阻构成桥臂，其中测量电阻为铂电阻，且作为一个桥臂，铂电阻制成一测温探头安放在测温区，其特征是所述电桥为自动选档式非平衡电桥，与铂电阻对称的一个桥臂的电阻分为6-16档，每档电阻值相同，测量电路还包括另设有的模拟开关电路，模拟开关电路的多个输入端与桥臂电阻多挡输出相连接，由微处理器的控制端连接模拟开关电路的控制口，电桥输出先经模拟开关再连接放大电路，放大电路输出连接A/D转换电路。
本实用新型的特点是采用自动选档式非平衡电桥代替固定电桥，能自动覆盖较大的温度测量范围，测量精度高，A/D转换器采用14bit就可以达到技术要求，生产成本较低。电路特点还包括高可靠性由于桥路线路和元器件全部焊接在线路板上，不存在机械触点，可靠性和寿命大大增加。使用方便，仪器自动选档，操作者只需打开仪器电源便可直接使用。
以下结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步说明
图1为本实用新型电路框图图2为本实用新型测量放大电路图图3为本实用新型控制电路图图4为本实用新型程序框图如图所示，图2非平衡电桥测量放大电路为本实用新型核心根据测量范围和要求，选用经过多次液氮-室温-液氮热循环处理过的Pt100铂电阻作温度传感器，它的线性度、复现性及灵敏度在-20℃~+120℃符合设计要求。测量电路做成自动选档式非平衡电桥形式。Pt100铂电阻作为一个桥臂，做成一个测温探头安放在测温区，为抵消长引线带来的干扰，铂电阻采用三线制接法。另外三个臂选用温度稳定性很好的锰铜电阻(电阻准确度万分之一)，与Pt100铂电阻对称的一个臂分为8档，从100欧到142欧，每档6欧，完全覆盖-20℃~+120℃测温区域。桥臂选档由89C51控制口控制8/1模拟开关4051来完成，电桥输出电压(即如图2Pt100上标“To仪表放大器”端和4051输出端电压)经放大后输出到A/D转换器。图2中放大电路采用由三片OP07构成的仪表放大电路，该放大电路具有低漂移、高精度等特点。
由软件实现电桥自动选档，当仪器开机时，微处理器选通模拟开关第1档，然后微处理器实时处理采集到的A/D数值，根据A/D数值和矫正参数自动调整通模拟开关档位使采样值最小，整个过程小于2秒。如模拟开关处于第1档时采样值为负的满量程，则微处理器控制模拟开关选为第2档，以次类推直到选中合适档位。另外，在仪器工作过程中，由于传感器处的温度变化使采样值超过量程，微处理器会控制模拟开关自动跳到合适的档位。
A/D转换器选用具有自校零技术的14bit双积分型ICL7135芯片，它能把0~±1.9999V的模拟电压转换成数字量，分辨率0.0001V，转换速度10次/秒。
存储器，因为本系统选用89C51微处理器，它内部有4KflashROM(足够本仪器用来存储程序)和256byte RAM。但为了保存矫正参数，选用电擦除可编程只读存储器EEPROM 24C01A作辅助存储器，它能在应用系统中进行在线改写，并能在断电情况下保存数据而不需保护电源，另外，它为串行读写方式，只占用微处理器2个I/O口。
参数矫正按钮用来修改矫正参数，共有两个按钮，一个用来增加参数值，另一个用来减小参数值。
显示器本系统有足够的I/O口和CPU时间，采用13条微处理器I/O口直接驱动5位共阳极动态LED显示器。降低了系统成本。
图3中串行通信电路中，89C51输出的串行TTL电平信号经MAX202转换为RS-232C信号，来实现仪器和计算机的数据通信。MAX202电平转换芯片内部有DC-DC转换器，能将5V电压转换为±12V电压，此芯片只需5V电源就可正常工作。
本实用新型还设有“看门狗”电路，采用555振荡电路及74LS123单稳态触发器，构成了一个简易的看门狗电路，使系统具有自恢复功能。即使系统受到干扰程序跑飞，看门狗电路可使微处理器复位，系统自动恢复。
另还设有报时电路，每30秒驱动蜂鸣片鸣叫一次，提醒实验者。
图4所示，结合软件框图，说明本实用新型的流程系统软件主要由主程序、中断服务程序和子程序等组成。主程序结构图如图所示，完成系统初始化、按键状态查询、根据各种参数计算温差值(包括温差值的非线性矫正)以及桥臂选档、向PC机发送温差值。中断服务程序有A/D采样中断子程序、显示中断子程序、时钟中断程序。软件采用模块化程序设计，各模块源程序用符合ANSI标准的C语言编写，然后由Franklin C51编译器生成一个可重新定位的目标文件。再将目标文件固化入89C51中的ROM中即可。
权利要求1.自动选档式非平衡电桥温差测量仪，包括测量、放大电路、AD转换电路和微处理器、显示电路构成，测量电路为一个电桥，包括测量电阻和其它电阻构成桥臂，其中测量电阻为铂电阻，且作为一个桥臂，铂电阻制成一测温探头安放在测温区，其特征是所述电桥为自动选档式非平衡电桥，与铂电阻对称的一个桥臂的电阻分为6-16档，每档电阻值相同，测量电路还包括另设有的模拟开关电路，模拟开关电路的多个输入端与桥臂电阻多挡输出相连接，由微处理器的控制端连接模拟开关电路的控制口，电桥输出先经模拟开关再连接放大电路，放大电路输出连接A/D转换电路。
2.由权利要求1所述的自动选档式非平衡电桥温差测量仪，其特征是铂电阻采用三线制接法。
3.由权利要求1所述的自动选档式非平衡电桥温差测量仪，其特征是所述电桥的另外三个臂选用温度稳定性好的锰铜电阻，与Pt100铂电阻对称的一个臂分为8档，从100欧到142欧，每档6欧。
专利摘要自动选档式非平衡电桥温差测量仪，包括测量、放大电路、AD转换电路和微处理器、显示电路构成，测量电路为一个电桥，电桥为自动选档式非平衡电桥，与铂电阻对称的一个桥臂的电阻分为6—16档，每档电阻值相同，测量电路还包括另设有的模拟开关电路，模拟开关电路的多个输入端与桥臂电阻多挡输出相连接，电桥输出先经模拟开关再连接放大电路，放大电路输出连接A/D转换电路。本实用新型给测量带来了方便。
文档编号G01K3/00GK2476006SQ0123781
公开日2002年2月6日 申请日期2001年5月16日 优先权日2001年5月16日
发明者潘红兵, 纪圣谋, 刘先昆, 张骏, 徐健健 申请人:南京大学