專利名稱：現(xiàn)場數(shù)字溫度儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型現(xiàn)場數(shù)字溫度儀涉及的是一種現(xiàn)場數(shù)字顯示并帶有遠(yuǎn)傳功能的溫度儀。
背景技術(shù)：
目前，市場上的現(xiàn)場溫度顯示儀表，或是指針式，精度較低、讀數(shù)誤差較大，或是單一的現(xiàn)場顯示，不具備遠(yuǎn)傳功能，不能同時滿足現(xiàn)場顯示又與控制室監(jiān)控兩種要求?，F(xiàn)場顯示儀表多為外部供電，采用內(nèi)部電池供電的儀表往往由于功耗較大使得電池使用時間有限。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是針對上述不足之處，提供一種現(xiàn)場數(shù)字溫度儀，既能現(xiàn)場數(shù)字顯示又能為控制室遠(yuǎn)傳溫度信號，同時實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)字顯示與遠(yuǎn)傳兩種功能，采用內(nèi)部電池供電及特殊供電電路，并能使電池連續(xù)工作足夠長時間的新型數(shù)字溫度儀。
現(xiàn)場數(shù)字溫度儀是采取以下方案實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)場數(shù)字溫度儀結(jié)構(gòu)包括儀表盒、固定裝置、保護(hù)套管、感溫元件、遠(yuǎn)傳線孔、數(shù)字溫度儀電路部分。感溫元件與現(xiàn)場溫度顯示部分為一體化結(jié)構(gòu)，儀表盒通過連接頭與保護(hù)套管相連，連接頭下部裝有固定裝置，便于將溫度儀安裝在被測溫度點(diǎn)所在的設(shè)備或管道上。保護(hù)套管內(nèi)裝置有兩支感溫元件，一支接于儀表盒表頭，用作現(xiàn)場指示，另一支通過遠(yuǎn)傳線孔經(jīng)傳輸導(dǎo)線引至控制室，與監(jiān)控儀表或與計算機(jī)系統(tǒng)連接，便于集中監(jiān)控，感溫元件可采用熱電偶或熱電阻。儀表盒具有儀表盒體，儀表盒體裝置有表頭，表頭可采用LCD作現(xiàn)場溫度顯示，儀表盒內(nèi)裝置有數(shù)字溫度儀電路板，數(shù)字溫度儀電路及其電子元件。數(shù)字溫度儀電路包括電源部分、溫度測量部分。
電源部分包括PMOS場效應(yīng)管Q1、虛地發(fā)生器FC、RS觸發(fā)器、三極管Q2、電阻R1～R5、電容C1～C3、開關(guān)K、電池E。RS觸發(fā)器由兩個與非門電路G1、G2構(gòu)成。電源部分電路中，電池E的正端與PMOS Q1的源極S相連，Q1的G與S極之間并聯(lián)有電阻R1、電容C1，Q1的柵極G通過電阻R2與常開開關(guān)K連接到電池E的負(fù)端V-，場效應(yīng)管漏極D與虛地發(fā)生器FC的1端、三極管Q2的發(fā)射極E相連。虛地發(fā)生電路FC的2端接地，3端接電池E的負(fù)端V-。RS觸發(fā)器G1的輸入端通過R3接V’+，同時通過C2接到單片機(jī)IC4的某一個I/O口，RS觸發(fā)器的G2的輸入端通過R4接V’+，另外通過C3接地，G1的輸出通過R5接Q2的基極B，Q2的集電極C接單片機(jī)IC4，WFC電壓/頻率變換器、V”+。
溫度測量部分包括單片機(jī)IC4、檢測電路、顯示電路。檢測電路包括熱電偶TC、銅電阻Rt、電阻R6、R7、模擬開關(guān)IC1、放大器IC2、VFC電壓/頻率轉(zhuǎn)換器IC3。顯示電路包括移位寄存器IC5、液晶驅(qū)動器S1～S4、液晶顯示器LCD。
在溫度測量電路中，熱電偶TC的負(fù)端接地，正端接模擬開關(guān)IC1的通道cho，IC1的通道ch2接地，通道ch1接基準(zhǔn)電源，銅電阻Rt一端接電阻R6、IC1的通道ch3，另一端接電阻R7、IC1的通道ch4，IC1的輸出接放大器IC2的同相輸入端，IC2的輸出端接VFC電壓/頻率轉(zhuǎn)換器IC3的輸入端，IC3的輸出端接單片機(jī)IC4的TO端。IC1的控制端A、B、C分別接單片機(jī)IC4的P1.1、P1.2、P1.3。單片機(jī)IC4的P3.0接IC5的1、2腳，IC4的3.1接IC5的8腳，IC5的QA～QD腳與S1～S4的QA～QD相連，單片機(jī)IC4的P1.4～1.7分別接S1～S4的LE端，S1～S4的輸出端分別接液晶顯示器相應(yīng)段。IC4的P3.2、P3.3分別接撥動開關(guān)WK第1、第2位，IC4的3.7接電源部分的電容C2。
本實(shí)用新型采用內(nèi)部電池供電及特殊的供電電路和工作方式，極大地延長溫度儀內(nèi)部電池的使用時間。按一下啟動按鈕，溫度儀開始工作，此時耗電較大，主要耗電部分為測量放大器、單片機(jī)、VFC電壓/頻率轉(zhuǎn)換器，當(dāng)單片機(jī)完成溫度測量并將溫度顯示值送入液晶顯示器的鎖存器后，單片機(jī)控制主要耗電部分失電，此段時間約為1秒鐘，之后供電電路僅以很小的電流維持液晶顯示器照常顯示溫度值，并延時顯示一段時間，延時時間可由供電電路中的有關(guān)參數(shù)(C1、R1)決定和改變。延時結(jié)束，電池輸出電流為0，溫度計暫停工作。需要再次觀察溫度時，只需再按一下啟動按鈕。
本實(shí)用新型采用單片機(jī)進(jìn)行管理、數(shù)據(jù)處理，適用于不同分度號的熱電阻、熱電偶。運(yùn)用軟件自校零和滿刻度自校正技術(shù)，消除測量通道中的失調(diào)、漂移和增益變化。從而使得測量通道中失調(diào)和增益的數(shù)據(jù)都變得無關(guān)緊要，且都能得到精確的測量結(jié)果，同時降低了對芯片的質(zhì)量要求，減少了電路調(diào)試工作量，降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。
現(xiàn)場數(shù)字溫度儀特點(diǎn)1、感溫元件(熱電阻、熱電偶)與現(xiàn)場溫度顯示部分為一體化結(jié)構(gòu)，同時實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)字顯示與遠(yuǎn)傳兩種功能。
2、溫度顯示部分采用LCD(液晶)數(shù)字顯示。
3、通過顯示部分的引線孔用導(dǎo)線將所測的溫度信號傳輸至控制室，接入監(jiān)控儀表或計算機(jī)系統(tǒng)，用于集中監(jiān)控。
4、溫度儀運(yùn)用高精度、低功耗的集成電路，降低供電電流。采用內(nèi)部電池供電方式及特殊的供電電路，使得電池連續(xù)工作足夠長的時間。這里同時省去敷設(shè)外部供電電纜。
5、表頭與保護(hù)管的連接形式分為徑向型和萬向型，觀測范圍寬。
6、表頭內(nèi)部電路采用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和管理，運(yùn)用了軟件自校零及滿刻度自校正技術(shù)，提高了測量精度。
本實(shí)用新型是在綜合現(xiàn)有各種現(xiàn)場溫度顯示儀表特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，研制開發(fā)問世的一種傳統(tǒng)指針式儀表的替代產(chǎn)品，并增加了遠(yuǎn)傳功能，具有精度高、穩(wěn)定性好，使用方便、適用性極強(qiáng)等顯著的優(yōu)點(diǎn)。


以下將結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
圖1是現(xiàn)場溫度顯示儀主視圖。
圖2是現(xiàn)場溫度顯示儀左視圖。
圖3是現(xiàn)場溫度顯示儀帶有萬向接頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是現(xiàn)場溫度顯示儀的溫度測量部分電路圖。
圖5是現(xiàn)場溫度顯示儀的電源部分電路圖。
具體實(shí)施方式
參照附圖1、2、3，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)由儀表盒1、電路部分7、固定裝置2、保護(hù)套管3、感溫元件4、遠(yuǎn)傳線孔5、連接頭等部分組成。固定裝置可采用固定法蘭、活動法蘭、固定螺紋等多種形式。電路部分是本實(shí)用新型的主體，保護(hù)套管3內(nèi)裝有兩支感溫元件，一支接于表頭用作現(xiàn)場指示，另一支通過遠(yuǎn)傳線孔經(jīng)傳輸導(dǎo)線引至控制室，與監(jiān)控儀表或計算機(jī)系統(tǒng)連接，便于集中監(jiān)控。表頭采用LCD顯示，精度等級為0.2級，內(nèi)置高能量電池而無需敷設(shè)外部供電電纜，采用高精度、低溫漂、超低功耗集成電路和寬溫型液晶顯示器，保證測量精度、穩(wěn)定性及整機(jī)低功率消耗。固定裝置2用于將溫度儀安裝在被測溫度點(diǎn)所在的設(shè)備或管道上，其多種形式供用戶選擇。保護(hù)管為不銹鋼或其它耐高溫、耐腐蝕材料，視不同的被測介質(zhì)而定。連接頭可采用直接接頭或萬向接頭6，連接頭6可改變對表頭的觀測角度，擴(kuò)大視覺范圍(見附圖3)。
參照附圖4、5，現(xiàn)場數(shù)字溫度儀電路包括電源部分、溫度測量部分。溫度測量部分包括單片機(jī)IC4、檢測電路、顯示電路。檢測電路包括熱電偶TC、銅電阻Rt、電阻R6、R7、模擬開關(guān)IC1、放大器IC2、VFC電壓/頻率轉(zhuǎn)換器IC3。顯示電路包括移位寄存器IC5、液晶驅(qū)動器S1～S4、液晶顯示器LCD。
在溫度測量電路中，熱電偶TC的負(fù)端接地，正端接模擬開關(guān)IC1的通道cho，IC1的通道ch2接地，通道ch1接基準(zhǔn)電源，銅電阻Rt一端接電阻R6、IC3的通道ch3，另一端接電阻R7、IC3的通道ch4，IC3的輸出接放大器IC2的同相輸入端，IC2的輸出端接VFC電壓/頻率轉(zhuǎn)換器IC3的輸入端，IC3的輸出端接單片機(jī)IC4的TO端。IC1的控制端A、B、C分別接單片機(jī)IC4的P1.1、P1.2、P1.3。單片機(jī)IC4的P3.0接IC5的1、2腳，IC4的3.1接IC5的8腳，IC5的QA～QD腳與S1～S4的QA～QD相連，單片機(jī)IC4的P1.4～1.7分別接S1～S4的LE端，S1～S4的輸出端分別接液晶顯示器相應(yīng)段。IC4的P3.2、P3.3分別接撥動開關(guān)WK第1、第2位。IC4的3.7接電源部分的電容C2。模擬開關(guān)IC1可采用CD4651集成塊，IC2可采用F353集成塊，VFC電壓/頻率變換器IC3可采用AD654塊，單片機(jī)IC4采用89C2051。IC5采用74HC164，液晶驅(qū)動器S1～S4采用4543，液晶顯示器采用31/2位段液晶顯示器。
熱電偶的毫伏電壓信號e(t，to)、基準(zhǔn)電壓VR及“地”電位分別送到IC1(8選1模擬開關(guān))的ch0、ch1和ch2上。熱電偶冷端溫度to是通過Cu50銅電阻Rt來檢測的，流過Cu50及Rt標(biāo)準(zhǔn)電阻的電流所產(chǎn)生的電壓，送到IC1模擬開關(guān)的Ch3和Ch4上，IC1模擬開關(guān)的通道選擇信號由單片機(jī)控制。當(dāng)感溫元件采用熱電阻Rx時，則將Rx取代檢測to的Cu50銅電阻即可。被IC4單片機(jī)選中的信號由IC1的OUT端送至IC2放大器放大到適當(dāng)?shù)碾妷褐?。測量系統(tǒng)中的模數(shù)轉(zhuǎn)換是由IC3電壓/頻率轉(zhuǎn)換器VFC完成的，它將放大器輸出的電壓轉(zhuǎn)換成比例的頻率信號，送到IC4單片機(jī)中的計數(shù)器計數(shù)。感溫元件的分度號選擇通過P3.2、P3.3、口上的2位撥動開關(guān)WK實(shí)現(xiàn)。溫度儀的LCD液晶顯示器用4片帶數(shù)據(jù)鎖存功能的S1～S4驅(qū)動器驅(qū)動，驅(qū)動器的輸入數(shù)據(jù)由IC4單片機(jī)串行口P3.0、P3.1串行送到IC5移位寄存器74HC164實(shí)現(xiàn)。P1.4～P1.7將輸入數(shù)據(jù)鎖存到S1～S4中。運(yùn)用軟件自校零和滿刻度自校正技術(shù)，消除測量通道中的失調(diào)、漂移和增益變化，從而使得測量通道中失調(diào)和增益的變化都變得無關(guān)緊要，且都能得到精確的測量結(jié)果，同時降低了對芯片的質(zhì)量要求，減少了電路調(diào)試工作量，降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。
參照附圖5，本實(shí)用新型現(xiàn)場數(shù)字溫度儀的電源部分采用了特殊的供電電路，極大地延長了電池的工作時間。電源部分包括PMOS場效應(yīng)管Q1、虛地發(fā)生器FC、RS觸發(fā)器、三極管Q2、電阻R1～R5、電容C1～C3、開關(guān)K、電池E。RS觸發(fā)器由兩個與非門電路G1、G2構(gòu)成。電源部分電路中，電池E的正端與PMOSQ1的源極S相連，Q1的G與S極之間并聯(lián)有電阻R1、電容C1，Q1的柵極G通過電阻R2與常開開關(guān)K連接到電池E的負(fù)端V-，場效應(yīng)管漏極D與虛地發(fā)生器FC的1端、三極管Q2的發(fā)射極E相連。虛地發(fā)生電路FC的2端接地，3端接電池E的負(fù)端V-。RS觸發(fā)器G1的輸入端通過R3接V’+，同時通過C2接到單片機(jī)IC4的某一個I/O口，RS觸發(fā)器的G2的輸入端通過R4接V’+，另外通過C3接地，G1的輸出通過R5接Q2的基極B、Q2的集電極C接單片機(jī)IC4、VFC電壓/頻率變換器、V”+。PMOS場效應(yīng)管Q1可采用TPS1101等，虛地發(fā)生器可采用TLE2426，RS觸發(fā)器采用CD4011與非門集成芯片。
Q1是一個PMOS場效應(yīng)管，K是一個常開按鈕，因平時Q1處于截止?fàn)顟B(tài)，電池不能消耗電能。當(dāng)需要查看溫度時，只需按一下K。則C1通過R2迅速充電到9V，Q1瞬間導(dǎo)通，V’+有電，F(xiàn)C虛地發(fā)生器電路工作，它把V’+到V-間的9V電源分介成+5V和-4V兩個電源，其中點(diǎn)就是該儀表的地點(diǎn)(⊥)。在G1、G2兩個與非門構(gòu)成的RS觸發(fā)器中令R4·C3＞＞R3·C2，一旦+5V建立，則與非門G1的輸出立即變?yōu)榈碗娖剑筆NP管Q2立即導(dǎo)通，V”+向測量放大器、VFC電壓/頻率轉(zhuǎn)換器IC3及單片機(jī)IC4供電，整個儀器開始工作。當(dāng)單片機(jī)完成溫度測量并將溫度顯示值送入LCD液晶顯示器的S1～S4鎖存器(約1秒鐘時間)，IC4單片機(jī)的某一口送出一低電平將Q2關(guān)斷，使儀表的主要耗電部分IC1、IC2、IC3、IC4(測量放大器、VFC和單片機(jī))失電。但LCD液晶顯示器照常顯示溫度值，此時已極大地減小了溫度儀的供電電流。直到C1上的電荷通過R1放掉，使得Q1截止時電池輸出電流為0，溫度儀停止工作。當(dāng)需要再次觀察溫度時，只需按動一下“K”，選擇合適的C1、R1可決定LCD液晶延時顯示時間的長短。
權(quán)利要求1.一種現(xiàn)場數(shù)字溫度儀，其特征在于結(jié)構(gòu)包括儀表盒、固定裝置、保護(hù)套管、感溫元件、遠(yuǎn)傳線孔、數(shù)字溫度儀電路部分；儀表盒通過連接頭與保護(hù)套管相連，連接頭下部裝有固定裝置，保護(hù)套管內(nèi)裝置有兩支感溫元件，一支接于儀表盒表頭，用作現(xiàn)場指示，另一支通過遠(yuǎn)傳線孔經(jīng)傳輸導(dǎo)線引至控制室與監(jiān)控儀表或與計算機(jī)系統(tǒng)連接；儀表盒內(nèi)裝置有數(shù)字溫度儀電路板，數(shù)字溫度儀電路及其電子元件，數(shù)字溫度儀電路包括電源部分、溫度測量部分；電源部分包括PMOS場效應(yīng)管Q1、虛地發(fā)生器FC、RS觸發(fā)器、三極管Q2、電阻R1～R5、電容C1～C3、開關(guān)K、電池E；RS觸發(fā)器由兩個與非門電路G1、G2構(gòu)成；電源部分電路中，電池E的正端與PMOS場效應(yīng)管Q1的源極S相連，Q1的G與S極之間并聯(lián)有電阻R1、電容C1，Q1的柵極G通過電阻R2與常開開關(guān)K連接到電池E的負(fù)端V-，場效應(yīng)管漏極D與虛地發(fā)生器FC的1端、三極管Q2的發(fā)射極E相連；虛地發(fā)生電路FC的2端接地，3端接電池E的負(fù)端V-；RS觸發(fā)器G1的輸入端通過R3接V’+，同時通過C2接到單片機(jī)IC4的某一個I/O口，RS觸發(fā)器的G2的輸入端通過R4接V’+，另外通過C3接地，G1的輸出通過R5接Q2的基極B，Q2的集電極C接單片機(jī)IC4，WFC電壓/頻率變換器、V”+；溫度測量部分包括單片機(jī)IC4、檢測電路、顯示電路；檢測電路包括熱電偶TC、銅電阻Rt、電阻R6、R7、模擬開關(guān)IC1、放大器IC2、VFC電壓/頻率轉(zhuǎn)換器IC3；顯示電路包括移位寄存器IC5、液晶驅(qū)動器S1～S4、液晶顯示器LCD在溫度測量電路中，熱電偶TC的負(fù)端接地，正端接模擬開關(guān)IC1的通道cho，IC1的通道ch2接地，通道ch1接基準(zhǔn)電源，銅電阻Rt一端接電阻R6、IC1的通道ch3，另一端接電阻R7、IC1的通道ch4，IC1的輸出接放大器IC2的同相輸入端，IC2的輸出端接VFC電壓/頻率轉(zhuǎn)換器IC3的輸入端，IC3的輸出端接單片機(jī)IC4的TO端；IC1的控制端A、B、C分別接單片機(jī)IC4的P1.1、P1.2、P1.3；單片機(jī)IC4的P3.0接IC5的1、2腳，IC4的3.1接IC5的8腳，IC5的QA～QD腳與S1～S4的QA～QD相連，單片機(jī)IC4的P1.4～1.7分別接S1～S4的LE端，S1～S4的輸出端分別接液晶顯示器相應(yīng)段；IC4的P3.2、P3.3分別接撥動開關(guān)的WK第1、第2位，IC4的3.7接電源部分的電容C2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場數(shù)字溫度儀，其特征在于感溫元件采用熱電偶或熱電阻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場數(shù)字溫度儀，其特征在于連接頭采用直接接頭或萬向接頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場數(shù)字溫度儀，其特征在于固定裝置采用固定法蘭、活動法蘭、固定螺紋。
專利摘要本實(shí)用新型現(xiàn)場數(shù)字溫度儀涉及的是一種現(xiàn)場數(shù)字顯示并帶有遠(yuǎn)傳功能的溫度儀。其結(jié)構(gòu)有儀表盒、電路部分、固定裝置、感溫元件、保護(hù)套管、遠(yuǎn)傳線孔、數(shù)字溫度儀電路部分；儀表盒通過連接頭與保護(hù)套管相連，連接頭下部裝有固定裝置，保護(hù)套管內(nèi)裝置有兩支感溫元件，一支接于儀表盒表頭，用作現(xiàn)場指示，另一支通過遠(yuǎn)傳線孔經(jīng)傳輸導(dǎo)線引至控制室，與監(jiān)控儀表或與計算機(jī)系統(tǒng)連接；儀表盒內(nèi)裝置有數(shù)字溫度儀電路，數(shù)字溫度儀電路包括電源部分、溫度測量部分。電源部分包括PMOS場效應(yīng)管Q1、虛地發(fā)生器FC、RS觸發(fā)器、三極管Q2、電阻R1～R5、電容C1～C3、開關(guān)K、電池E。溫度測量部分包括單片機(jī)IC4、檢測電路、顯示電路。
文檔編號G01K1/00GK2645059SQ0327742
公開日2004年9月29日 申請日期2003年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月6日
發(fā)明者朱萬祥, 衣承斌, 楊宏運(yùn) 申請人:江蘇金工自控設(shè)備有限公司