专利名称：现场数字温度仪的制作方法
技术领域：
本实用新型现场数字温度仪涉及的是一种现场数字显示并带有远传功能的温度仪。
背景技术：
目前，市场上的现场温度显示仪表，或是指针式，精度较低、读数误差较大，或是单一的现场显示，不具备远传功能，不能同时满足现场显示又与控制室监控两种要求。现场显示仪表多为外部供电，采用内部电池供电的仪表往往由于功耗较大使得电池使用时间有限。
发明内容
本实用新型的目的是针对上述不足之处，提供一种现场数字温度仪，既能现场数字显示又能为控制室远传温度信号，同时实现现场数字显示与远传两种功能，采用内部电池供电及特殊供电电路，并能使电池连续工作足够长时间的新型数字温度仪。
现场数字温度仪是采取以下方案实现的现场数字温度仪结构包括仪表盒、固定装置、保护套管、感温元件、远传线孔、数字温度仪电路部分。感温元件与现场温度显示部分为一体化结构，仪表盒通过连接头与保护套管相连，连接头下部装有固定装置，便于将温度仪安装在被测温度点所在的设备或管道上。保护套管内装置有两支感温元件，一支接于仪表盒表头，用作现场指示，另一支通过远传线孔经传输导线引至控制室，与监控仪表或与计算机系统连接，便于集中监控，感温元件可采用热电偶或热电阻。仪表盒具有仪表盒体，仪表盒体装置有表头，表头可采用LCD作现场温度显示，仪表盒内装置有数字温度仪电路板，数字温度仪电路及其电子元件。数字温度仪电路包括电源部分、温度测量部分。
电源部分包括PMOS场效应管Q1、虚地发生器FC、RS触发器、三极管Q2、电阻R1～R5、电容C1～C3、开关K、电池E。RS触发器由两个与非门电路G1、G2构成。电源部分电路中，电池E的正端与PMOS Q1的源极S相连，Q1的G与S极之间并联有电阻R1、电容C1，Q1的栅极G通过电阻R2与常开开关K连接到电池E的负端V-，场效应管漏极D与虚地发生器FC的1端、三极管Q2的发射极E相连。虚地发生电路FC的2端接地，3端接电池E的负端V-。RS触发器G1的输入端通过R3接V’+，同时通过C2接到单片机IC4的某一个I/O口，RS触发器的G2的输入端通过R4接V’+，另外通过C3接地，G1的输出通过R5接Q2的基极B，Q2的集电极C接单片机IC4，WFC电压/频率变换器、V”+。
温度测量部分包括单片机IC4、检测电路、显示电路。检测电路包括热电偶TC、铜电阻Rt、电阻R6、R7、模拟开关IC1、放大器IC2、VFC电压/频率转换器IC3。显示电路包括移位寄存器IC5、液晶驱动器S1～S4、液晶显示器LCD。
在温度测量电路中，热电偶TC的负端接地，正端接模拟开关IC1的通道cho，IC1的通道ch2接地，通道ch1接基准电源，铜电阻Rt一端接电阻R6、IC1的通道ch3，另一端接电阻R7、IC1的通道ch4，IC1的输出接放大器IC2的同相输入端，IC2的输出端接VFC电压/频率转换器IC3的输入端，IC3的输出端接单片机IC4的TO端。IC1的控制端A、B、C分别接单片机IC4的P1.1、P1.2、P1.3。单片机IC4的P3.0接IC5的1、2脚，IC4的3.1接IC5的8脚，IC5的QA～QD脚与S1～S4的QA～QD相连，单片机IC4的P1.4～1.7分别接S1～S4的LE端，S1～S4的输出端分别接液晶显示器相应段。IC4的P3.2、P3.3分别接拨动开关WK第1、第2位，IC4的3.7接电源部分的电容C2。
本实用新型采用内部电池供电及特殊的供电电路和工作方式，极大地延长温度仪内部电池的使用时间。按一下启动按钮，温度仪开始工作，此时耗电较大，主要耗电部分为测量放大器、单片机、VFC电压/频率转换器，当单片机完成温度测量并将温度显示值送入液晶显示器的锁存器后，单片机控制主要耗电部分失电，此段时间约为1秒钟，之后供电电路仅以很小的电流维持液晶显示器照常显示温度值，并延时显示一段时间，延时时间可由供电电路中的有关参数(C1、R1)决定和改变。延时结束，电池输出电流为0，温度计暂停工作。需要再次观察温度时，只需再按一下启动按钮。
本实用新型采用单片机进行管理、数据处理，适用于不同分度号的热电阻、热电偶。运用软件自校零和满刻度自校正技术，消除测量通道中的失调、漂移和增益变化。从而使得测量通道中失调和增益的数据都变得无关紧要，且都能得到精确的测量结果，同时降低了对芯片的质量要求，减少了电路调试工作量，降低了产品的生产成本。
现场数字温度仪特点1、感温元件(热电阻、热电偶)与现场温度显示部分为一体化结构，同时实现现场数字显示与远传两种功能。
2、温度显示部分采用LCD(液晶)数字显示。
3、通过显示部分的引线孔用导线将所测的温度信号传输至控制室，接入监控仪表或计算机系统，用于集中监控。
4、温度仪运用高精度、低功耗的集成电路，降低供电电流。采用内部电池供电方式及特殊的供电电路，使得电池连续工作足够长的时间。这里同时省去敷设外部供电电缆。
5、表头与保护管的连接形式分为径向型和万向型，观测范围宽。
6、表头内部电路采用单片机进行数据处理和管理，运用了软件自校零及满刻度自校正技术，提高了测量精度。
本实用新型是在综合现有各种现场温度显示仪表特点的基础上，研制开发问世的一种传统指针式仪表的替代产品，并增加了远传功能，具有精度高、稳定性好，使用方便、适用性极强等显著的优点。
以下将结合附图对本实用新型作进一步说明。
图1是现场温度显示仪主视图。
图2是现场温度显示仪左视图。
图3是现场温度显示仪带有万向接头的结构示意图。
图4是现场温度显示仪的温度测量部分电路图。
图5是现场温度显示仪的电源部分电路图。
具体实施方式
参照附图1、2、3，本实用新型结构由仪表盒1、电路部分7、固定装置2、保护套管3、感温元件4、远传线孔5、连接头等部分组成。固定装置可采用固定法兰、活动法兰、固定螺纹等多种形式。电路部分是本实用新型的主体，保护套管3内装有两支感温元件，一支接于表头用作现场指示，另一支通过远传线孔经传输导线引至控制室，与监控仪表或计算机系统连接，便于集中监控。表头采用LCD显示，精度等级为0.2级，内置高能量电池而无需敷设外部供电电缆，采用高精度、低温漂、超低功耗集成电路和宽温型液晶显示器，保证测量精度、稳定性及整机低功率消耗。固定装置2用于将温度仪安装在被测温度点所在的设备或管道上，其多种形式供用户选择。保护管为不锈钢或其它耐高温、耐腐蚀材料，视不同的被测介质而定。连接头可采用直接接头或万向接头6，连接头6可改变对表头的观测角度，扩大视觉范围(见附图3)。
参照附图4、5，现场数字温度仪电路包括电源部分、温度测量部分。温度测量部分包括单片机IC4、检测电路、显示电路。检测电路包括热电偶TC、铜电阻Rt、电阻R6、R7、模拟开关IC1、放大器IC2、VFC电压/频率转换器IC3。显示电路包括移位寄存器IC5、液晶驱动器S1～S4、液晶显示器LCD。
在温度测量电路中，热电偶TC的负端接地，正端接模拟开关IC1的通道cho，IC1的通道ch2接地，通道ch1接基准电源，铜电阻Rt一端接电阻R6、IC3的通道ch3，另一端接电阻R7、IC3的通道ch4，IC3的输出接放大器IC2的同相输入端，IC2的输出端接VFC电压/频率转换器IC3的输入端，IC3的输出端接单片机IC4的TO端。IC1的控制端A、B、C分别接单片机IC4的P1.1、P1.2、P1.3。单片机IC4的P3.0接IC5的1、2脚，IC4的3.1接IC5的8脚，IC5的QA～QD脚与S1～S4的QA～QD相连，单片机IC4的P1.4～1.7分别接S1～S4的LE端，S1～S4的输出端分别接液晶显示器相应段。IC4的P3.2、P3.3分别接拨动开关WK第1、第2位。IC4的3.7接电源部分的电容C2。模拟开关IC1可采用CD4651集成块，IC2可采用F353集成块，VFC电压/频率变换器IC3可采用AD654块，单片机IC4采用89C2051。IC5采用74HC164，液晶驱动器S1～S4采用4543，液晶显示器采用31/2位段液晶显示器。
热电偶的毫伏电压信号e(t，to)、基准电压VR及“地”电位分别送到IC1(8选1模拟开关)的ch0、ch1和ch2上。热电偶冷端温度to是通过Cu50铜电阻Rt来检测的，流过Cu50及Rt标准电阻的电流所产生的电压，送到IC1模拟开关的Ch3和Ch4上，IC1模拟开关的通道选择信号由单片机控制。当感温元件采用热电阻Rx时，则将Rx取代检测to的Cu50铜电阻即可。被IC4单片机选中的信号由IC1的OUT端送至IC2放大器放大到适当的电压值。测量系统中的模数转换是由IC3电压/频率转换器VFC完成的，它将放大器输出的电压转换成比例的频率信号，送到IC4单片机中的计数器计数。感温元件的分度号选择通过P3.2、P3.3、口上的2位拨动开关WK实现。温度仪的LCD液晶显示器用4片带数据锁存功能的S1～S4驱动器驱动，驱动器的输入数据由IC4单片机串行口P3.0、P3.1串行送到IC5移位寄存器74HC164实现。P1.4～P1.7将输入数据锁存到S1～S4中。运用软件自校零和满刻度自校正技术，消除测量通道中的失调、漂移和增益变化，从而使得测量通道中失调和增益的变化都变得无关紧要，且都能得到精确的测量结果，同时降低了对芯片的质量要求，减少了电路调试工作量，降低了产品的生产成本。
参照附图5，本实用新型现场数字温度仪的电源部分采用了特殊的供电电路，极大地延长了电池的工作时间。电源部分包括PMOS场效应管Q1、虚地发生器FC、RS触发器、三极管Q2、电阻R1～R5、电容C1～C3、开关K、电池E。RS触发器由两个与非门电路G1、G2构成。电源部分电路中，电池E的正端与PMOSQ1的源极S相连，Q1的G与S极之间并联有电阻R1、电容C1，Q1的栅极G通过电阻R2与常开开关K连接到电池E的负端V-，场效应管漏极D与虚地发生器FC的1端、三极管Q2的发射极E相连。虚地发生电路FC的2端接地，3端接电池E的负端V-。RS触发器G1的输入端通过R3接V’+，同时通过C2接到单片机IC4的某一个I/O口，RS触发器的G2的输入端通过R4接V’+，另外通过C3接地，G1的输出通过R5接Q2的基极B、Q2的集电极C接单片机IC4、VFC电压/频率变换器、V”+。PMOS场效应管Q1可采用TPS1101等，虚地发生器可采用TLE2426，RS触发器采用CD4011与非门集成芯片。
Q1是一个PMOS场效应管，K是一个常开按钮，因平时Q1处于截止状态，电池不能消耗电能。当需要查看温度时，只需按一下K。则C1通过R2迅速充电到9V，Q1瞬间导通，V’+有电，FC虚地发生器电路工作，它把V’+到V-间的9V电源分介成+5V和-4V两个电源，其中点就是该仪表的地点(⊥)。在G1、G2两个与非门构成的RS触发器中令R4·C3＞＞R3·C2，一旦+5V建立，则与非门G1的输出立即变为低电平，使PNP管Q2立即导通，V”+向测量放大器、VFC电压/频率转换器IC3及单片机IC4供电，整个仪器开始工作。当单片机完成温度测量并将温度显示值送入LCD液晶显示器的S1～S4锁存器(约1秒钟时间)，IC4单片机的某一口送出一低电平将Q2关断，使仪表的主要耗电部分IC1、IC2、IC3、IC4(测量放大器、VFC和单片机)失电。但LCD液晶显示器照常显示温度值，此时已极大地减小了温度仪的供电电流。直到C1上的电荷通过R1放掉，使得Q1截止时电池输出电流为0，温度仪停止工作。当需要再次观察温度时，只需按动一下“K”，选择合适的C1、R1可决定LCD液晶延时显示时间的长短。
权利要求1.一种现场数字温度仪，其特征在于结构包括仪表盒、固定装置、保护套管、感温元件、远传线孔、数字温度仪电路部分；仪表盒通过连接头与保护套管相连，连接头下部装有固定装置，保护套管内装置有两支感温元件，一支接于仪表盒表头，用作现场指示，另一支通过远传线孔经传输导线引至控制室与监控仪表或与计算机系统连接；仪表盒内装置有数字温度仪电路板，数字温度仪电路及其电子元件，数字温度仪电路包括电源部分、温度测量部分；电源部分包括PMOS场效应管Q1、虚地发生器FC、RS触发器、三极管Q2、电阻R1～R5、电容C1～C3、开关K、电池E；RS触发器由两个与非门电路G1、G2构成；电源部分电路中，电池E的正端与PMOS场效应管Q1的源极S相连，Q1的G与S极之间并联有电阻R1、电容C1，Q1的栅极G通过电阻R2与常开开关K连接到电池E的负端V-，场效应管漏极D与虚地发生器FC的1端、三极管Q2的发射极E相连；虚地发生电路FC的2端接地，3端接电池E的负端V-；RS触发器G1的输入端通过R3接V’+，同时通过C2接到单片机IC4的某一个I/O口，RS触发器的G2的输入端通过R4接V’+，另外通过C3接地，G1的输出通过R5接Q2的基极B，Q2的集电极C接单片机IC4，WFC电压/频率变换器、V”+；温度测量部分包括单片机IC4、检测电路、显示电路；检测电路包括热电偶TC、铜电阻Rt、电阻R6、R7、模拟开关IC1、放大器IC2、VFC电压/频率转换器IC3；显示电路包括移位寄存器IC5、液晶驱动器S1～S4、液晶显示器LCD在温度测量电路中，热电偶TC的负端接地，正端接模拟开关IC1的通道cho，IC1的通道ch2接地，通道ch1接基准电源，铜电阻Rt一端接电阻R6、IC1的通道ch3，另一端接电阻R7、IC1的通道ch4，IC1的输出接放大器IC2的同相输入端，IC2的输出端接VFC电压/频率转换器IC3的输入端，IC3的输出端接单片机IC4的TO端；IC1的控制端A、B、C分别接单片机IC4的P1.1、P1.2、P1.3；单片机IC4的P3.0接IC5的1、2脚，IC4的3.1接IC5的8脚，IC5的QA～QD脚与S1～S4的QA～QD相连，单片机IC4的P1.4～1.7分别接S1～S4的LE端，S1～S4的输出端分别接液晶显示器相应段；IC4的P3.2、P3.3分别接拨动开关的WK第1、第2位，IC4的3.7接电源部分的电容C2。
2.根据权利要求1所述的现场数字温度仪，其特征在于感温元件采用热电偶或热电阻。
3.根据权利要求1所述的现场数字温度仪，其特征在于连接头采用直接接头或万向接头。
4.根据权利要求1所述的现场数字温度仪，其特征在于固定装置采用固定法兰、活动法兰、固定螺纹。
专利摘要本实用新型现场数字温度仪涉及的是一种现场数字显示并带有远传功能的温度仪。其结构有仪表盒、电路部分、固定装置、感温元件、保护套管、远传线孔、数字温度仪电路部分；仪表盒通过连接头与保护套管相连，连接头下部装有固定装置，保护套管内装置有两支感温元件，一支接于仪表盒表头，用作现场指示，另一支通过远传线孔经传输导线引至控制室，与监控仪表或与计算机系统连接；仪表盒内装置有数字温度仪电路，数字温度仪电路包括电源部分、温度测量部分。电源部分包括PMOS场效应管Q1、虚地发生器FC、RS触发器、三极管Q2、电阻R1～R5、电容C1～C3、开关K、电池E。温度测量部分包括单片机IC4、检测电路、显示电路。
文档编号G01K1/00GK2645059SQ0327742
公开日2004年9月29日 申请日期2003年8月6日 优先权日2003年8月6日
发明者朱万祥, 衣承斌, 杨宏运 申请人:江苏金工自控设备有限公司