專利名稱:便攜式智能測(cè)溫儀的制作方法
便攜式智能測(cè)溫儀屬于一種溫度測(cè)量?jī)x表，可廣泛用于冶金、機(jī)械、科研等部門中對(duì)鋼、鐵、銅、鋁等金屬液出爐或澆鑄溫度的連續(xù)或瞬時(shí)測(cè)量。
目前國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品均系常規(guī)電子線路組成，一種儀表只能配用一種電偶，使用范圍受到局限，性能價(jià)格比低，對(duì)溫度與熱電勢(shì)間的非線性關(guān)系線性化處理的精度低，測(cè)量誤差偏大，而且功能也不夠齊全，如不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)零、掉電指示、對(duì)操作和不允許使用的條件也不能實(shí)現(xiàn)自診斷等。
經(jīng)湖南省國(guó)際聯(lián)機(jī)檢索服務(wù)部從DIALOG系統(tǒng)中《世界專利索引》文檔(F350和F351)檢索后，也未發(fā)現(xiàn)本實(shí)用新型。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種能配用四種不同電偶、高精度測(cè)量、高可靠性、功能齊全、性能價(jià)格比優(yōu)良的以微機(jī)為核心的便攜式智能測(cè)溫儀。
本測(cè)溫儀由放大器漂移值檢測(cè)電路〔1〕、環(huán)境溫度檢測(cè)電路〔2〕、鉑銠30——鉑銠6電偶(即電偶B)、輸入電路〔3〕、鉑銠10——鉑電偶(即電偶S)輸入電路〔4〕、鎳鉻——鎳硅電偶(即電偶K)輸入電路〔5〕、鎢錸3——鎢錸25電偶(即電偶W)輸入電路〔6〕、斷偶檢測(cè)電路〔7〕、由干電池穩(wěn)壓為5V的單一整機(jī)電源電路〔8〕、測(cè)量方式選擇〔9〕、輸入通道選擇〔10〕、負(fù)電源發(fā)生器〔11〕、由三刀八位波段開(kāi)關(guān)組成的電偶信息輸入及狀態(tài)識(shí)別切換電路〔12〕、由一只型號(hào)為L(zhǎng)M324四集成運(yùn)放等器件分別組成的放大器電路〔13〕和掉電指示電路〔22〕、由型號(hào)為5G14433的3 1/2 位(相當(dāng)于二進(jìn)制十一位)A／D轉(zhuǎn)換器等組成的A／D轉(zhuǎn)換電路〔14〕、由型號(hào)為74LS244組成的輸入接口電路〔15〕、〔27〕、型號(hào)為Z－80的微處理器〔16〕、型號(hào)為74LS273的輸出接口〔17〕、〔18〕、液晶顯示驅(qū)動(dòng)器〔19〕、3 1/2 位液晶顯示器〔20〕、方波發(fā)生器〔21〕、RAM〔23〕、EPROM〔24〕、譯碼器〔25〕、晶振〔26〕、復(fù)位電路〔28〕等組成。
本測(cè)溫儀的工作過(guò)程可結(jié)合附圖所示的系統(tǒng)框圖來(lái)說(shuō)明根據(jù)固化在EPROM〔24〕中控制程序的要求，在執(zhí)行測(cè)溫程序前先必需執(zhí)行測(cè)溫準(zhǔn)備程序，并且切換開(kāi)關(guān)〔12〕應(yīng)先切換到放大器漂移值輸入〔1〕的位置。接通電源開(kāi)關(guān)，程序自動(dòng)啟動(dòng)(或按下復(fù)位按鈕啟動(dòng)程序)，在執(zhí)行初始化程序后，顯示器顯示相應(yīng)提示符，接著查詢切換開(kāi)關(guān)〔12〕，若已指〔1〕位置，則將放大器的漂移值ep(平均值)輸入微機(jī)，存貯和顯示該值。接著查詢切換開(kāi)關(guān)〔12〕，若已切換到〔2〕位置，則先將自由端溫度補(bǔ)償電路中銅電阻上隨環(huán)境溫度而變的電平值輸入微機(jī)，再求出當(dāng)前環(huán)境溫度值Tf，存貯并顯示Tf然后將標(biāo)志單元置1。(Tf值允許在0～50℃范圍內(nèi)變化，當(dāng)Tf＜0℃或Tf＞50℃時(shí)，分別顯示“－050”和“＋050”，并停止程序的執(zhí)行。)接著用戶根據(jù)配用的電偶將切換開(kāi)關(guān)〔12〕切換到〔3〕、〔4〕、〔5〕、〔6〕中的任一位置后，按下復(fù)位按鈕，重新啟動(dòng)程序，程序就自動(dòng)進(jìn)入測(cè)溫程序。首先將顯示器復(fù)位，然后判斷標(biāo)志單元是否置“1”，若為“1”，表示測(cè)溫準(zhǔn)備程序已執(zhí)行過(guò)了，需要的數(shù)據(jù)已存入微機(jī)(否則就是操作出錯(cuò)，顯示相應(yīng)重新操作記符，要求用戶按規(guī)定的操作順序重新依次執(zhí)行)。接著當(dāng)用戶將電偶置入金屬液內(nèi)，電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)值經(jīng)切換開(kāi)關(guān)〔12〕引入放大器〔13〕，按一固定放大倍數(shù)放大后，送A／D轉(zhuǎn)換器〔14〕轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，經(jīng)輸入接口〔15〕輸入微機(jī)。若測(cè)量方式選擇開(kāi)關(guān)〔9〕在Ⅱ檔時(shí)，則先將本次輸入的熱電勢(shì)值eo本與上次輸入的熱電勢(shì)值eo上相比較，取其大者作為eo本(若測(cè)量開(kāi)關(guān)在Ⅰ檔時(shí)，則不進(jìn)行上述比較)，然后將eo本與eP相減，得到輸入熱電勢(shì)的真實(shí)值eop，在判別用戶使用的電偶是哪一種后，根據(jù)Tf值求出對(duì)應(yīng)電偶自由端溫度補(bǔ)償值eb，再將eb與eop相加或相減，求出對(duì)應(yīng)于零度時(shí)的熱電勢(shì)值es，然后將es與測(cè)溫下限對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì)值emin相比較，若es＜emin，表示被測(cè)溫度還低于測(cè)溫下限，顯示器在顯示低于測(cè)溫下限的相應(yīng)記符后，又返回入口，重新執(zhí)行上述過(guò)程，直至es＞emin后，再判斷es是在整個(gè)測(cè)溫范圍內(nèi)的哪一段(每百度為一段)，根據(jù)每段線性化系數(shù)求出溫度值Tx，若Tx大于測(cè)溫上限，則顯示高于測(cè)溫上限的相應(yīng)記符，并停止程序的執(zhí)行；若Tx高于測(cè)溫下限低于測(cè)溫上限時(shí)，則將Tx值經(jīng)輸出接口〔17〕、〔18〕輸出至驅(qū)動(dòng)器〔19〕，在顯示器〔20〕上顯示出來(lái)。然后程序又返回入口進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)，直至測(cè)出金屬液的最高溫度值。本測(cè)溫儀對(duì)溫度的響應(yīng)速度為0.25秒，在幾秒鐘內(nèi)，被測(cè)溫度值就穩(wěn)定下來(lái)，即可得到峰值(選擇測(cè)量Ⅱ檔時(shí))，只要不關(guān)閉電源，即使電偶脫離金屬液，峰值也能始終保持在顯示器〔20〕上；或得到當(dāng)前金屬液溫度值(選擇測(cè)量Ⅰ檔時(shí))，此值不能保持；當(dāng)發(fā)生斷偶時(shí)，斷偶檢測(cè)電路立即檢測(cè)出來(lái)，并在顯示器〔20〕上顯示出斷偶記符，隨后停止程序的執(zhí)行。當(dāng)電池使用日久，電壓下降到低于額定值時(shí)，掉電指示〔22〕電路立即驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管發(fā)光，請(qǐng)求用戶更換新電池，從而保證了電源的質(zhì)量。
本測(cè)溫儀與已有的便攜式測(cè)溫儀相比，有以下特點(diǎn)
1.能配用四種不同電偶，大大地?cái)U(kuò)大了應(yīng)用范圍，降低了硬件材料的消耗，一臺(tái)測(cè)溫儀實(shí)現(xiàn)了四臺(tái)同類產(chǎn)品的測(cè)溫功能，具有優(yōu)良的性能價(jià)格比。
2.對(duì)溫度與熱電勢(shì)間非線性關(guān)系的線性化，常規(guī)測(cè)溫儀共同的特點(diǎn)是在整個(gè)測(cè)溫范圍內(nèi)用一條直線關(guān)系近似取代曲線關(guān)系，線性化精度低，本測(cè)溫儀用軟件實(shí)現(xiàn)分段(每百度分段)線性化，線性化精度高而軟件占用的存貯容量又少。
3.用軟件實(shí)現(xiàn)自由端溫度補(bǔ)償，補(bǔ)償精度高。
4.對(duì)放大器漂移，無(wú)論是以精心匹配元器件的參數(shù)，還是選擇高精度低漂移組件，常規(guī)電子器件均不可能完全消除漂移，而嚴(yán)格器件的參數(shù)以達(dá)到匹配，必然增加調(diào)試工作的困難，選用高質(zhì)量的器件，又無(wú)疑要大大提高費(fèi)用，而本儀器應(yīng)用軟件消除了放大器漂移對(duì)測(cè)量精度的影響。
5.常規(guī)便攜式測(cè)溫儀需用手動(dòng)調(diào)零，而本測(cè)溫儀實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)調(diào)零。
6.采用的3 1/2 位A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換精度高達(dá)±0.05％，而價(jià)格又遠(yuǎn)低于常用的12位或8位A／D轉(zhuǎn)換器。
7.自動(dòng)實(shí)現(xiàn)峰值保持，簡(jiǎn)化了操作。
8.采用掉電比較電路，在工作電壓低于額定值時(shí)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)掉電指示，保證了工作電源的質(zhì)量。
9.對(duì)溫度響應(yīng)的速度比常規(guī)便攜式測(cè)溫儀快。
10.對(duì)操作錯(cuò)誤及不允許使用的條件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)診斷。
實(shí)施例我們用便攜式智能測(cè)溫儀，在某廠鑄造車間現(xiàn)場(chǎng)對(duì)鐵水進(jìn)行測(cè)溫考察，其結(jié)果如下配鉑銠10——鉑熱電偶頭，在出鐵槽中測(cè)得出鐵溫度1489℃，響應(yīng)時(shí)間7秒；隨后在0.8T鐵水包(實(shí)際鐵水量約0.5T冷包)中測(cè)得鐵水溫度1435℃，響應(yīng)時(shí)間6秒；手端包測(cè)溫二次，一次1363℃，響應(yīng)時(shí)間5秒；另一次1347℃，響應(yīng)時(shí)間7秒。
配鉑銠30——鉑銠6熱電偶頭，在出鐵槽中測(cè)得出鐵溫度1491℃，響應(yīng)時(shí)間5秒；隨后在0.8T鐵水包(實(shí)際鐵水量約0.5T，冷包)中測(cè)得鐵水溫度1431℃，響應(yīng)時(shí)間4秒；澆鑄過(guò)程中，在包中測(cè)得鐵水溫度1369℃，響應(yīng)時(shí)間5秒。
配鎢錸3——鎢錸25熱電偶頭，在0.8T鐵水包(實(shí)際鐵水量約0.7T，冷包)中測(cè)得鐵水溫度1417℃，響應(yīng)時(shí)間17秒；澆鑄過(guò)程中，在小抬包(容量約60kg)測(cè)溫二次，一次1362℃，響應(yīng)時(shí)間19秒；另一次1304℃，響應(yīng)時(shí)間22秒。
便攜式測(cè)溫儀，測(cè)溫精度高，響應(yīng)時(shí)間快，使用方便，操作簡(jiǎn)單，性能可靠，符合鑄造工藝和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試要求。
注響應(yīng)時(shí)間指測(cè)溫槍偶頭扦入鐵水中開(kāi)始至出現(xiàn)溫度峰值穩(wěn)定止的時(shí)間(即包括電偶頭反應(yīng)時(shí)間)。
權(quán)利要求
1.一種用微機(jī)控制的便攜式智能測(cè)溫儀，由放大器漂移值輸入[1]、環(huán)境溫度值輸入[2]、電偶輸入電路、斷偶檢測(cè)[7]、穩(wěn)壓器[8]、測(cè)量方式選擇[9]、輸入通道選擇[10]、負(fù)電源發(fā)生器[11]、切換電路[12]、放大器[13]、A/D轉(zhuǎn)換器[14]、輸入接口[15]、[27]、微處理器[16]、輸出接口[17]、[18]、液晶顯示驅(qū)動(dòng)器[19]、液晶顯示器[20]、方波發(fā)生器[21]、掉電指示[22]、RAM[23]、EPROM[24]、譯碼器[25]、晶振[26]、復(fù)位[28]、等電路組成，其特征為a、微處理器型號(hào)為Z-80；b、A/D轉(zhuǎn)換器采用3 1/2 位(相當(dāng)二進(jìn)制十一位)A/D轉(zhuǎn)換器，其型號(hào)為5G14433(或?qū)?yīng)國(guó)外型號(hào))；c、整機(jī)電源是由干電池穩(wěn)壓為5V的單一電源；d、不同電偶信號(hào)輸入及狀態(tài)的識(shí)別是由三刀八位波段開(kāi)關(guān)切換完成的；e、由一只型號(hào)為L(zhǎng)M324的四層集成運(yùn)放分別組成所需的放大器和掉電指示電路；f、顯示器采用3 1/2 位液晶顯示器；g、可配用四種電偶的型號(hào)為鉑銠30-鉑銠6、鉑銠10-鉑、鎳鉻-鎳硅、鎢錸3-鎢錸25。
專利摘要
便攜式智能測(cè)溫儀屬于溫度測(cè)量?jī)x表，它針對(duì)目前同類產(chǎn)品配用電偶單一、測(cè)量誤差偏大、功能不夠齊全等不足，采用微機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)能配用四種不同電偶對(duì)溫度進(jìn)行高精度測(cè)量，具有自動(dòng)調(diào)零、補(bǔ)償、診斷、峰值保持、斷偶指示、掉電指示、連續(xù)或瞬時(shí)測(cè)量等功能。并且攜帶方便、操作簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、工作可靠，對(duì)溫度響應(yīng)快速直觀?？蓮V泛用于冶金、機(jī)械、科研等部門中對(duì)鋼、鐵、銅、鋁等金屬液出爐或澆鑄溫度的測(cè)量。
文檔編號(hào)G01K7/02GK86201219SQ86201219
公開(kāi)日1986年10月29日 申請(qǐng)日期1986年3月4日
發(fā)明者劉自盛, 趙翰章 申請(qǐng)人:湖南省機(jī)械研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan