專(zhuān)利名稱(chēng)：寬溫區(qū)互換熱敏線性組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種寬溫區(qū)互換熱敏線性組件，尤其是在20-300℃使用的互換熱敏線性組件以前研制的互換熱敏線性組件只是在一些溫度低、溫區(qū)窄的情況(如30-50℃、0-100℃)下具有比較高的測(cè)溫精度，可以替代鉑電阻。但對(duì)于更高的溫度和更寬的溫區(qū)(如0-250℃、20-300℃)用現(xiàn)有的互換熱敏線性組件測(cè)溫精度較差，達(dá)不到實(shí)用化的要求。在工業(yè)自動(dòng)化控制中測(cè)溫往往大多在20-300℃的溫區(qū)內(nèi)使用。因此本發(fā)明針對(duì)在工業(yè)自動(dòng)化控制中測(cè)溫的需求研制出一種20-300℃互換熱敏線性組件。該組件與常用的精密測(cè)控溫的鉑電阻相比具有輸出線性，并且不需要零點(diǎn)補(bǔ)償，可大大簡(jiǎn)化電子線路；靈敏度比鉑電阻高幾個(gè)量級(jí)；抗干擾能力優(yōu)于鉑電阻；價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明目的在于，研制的寬溫區(qū)互換熱敏線性組件，首先是將兩支具有高阻低B值特性的寬溫區(qū)熱敏電阻與兩支金屬膜固定電阻相互串并聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò)，然后用常規(guī)的方法測(cè)試R-T特性，再用單純形法進(jìn)行最優(yōu)化計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。網(wǎng)絡(luò)的輸出與溫度成線性關(guān)系，人們可以利用這種線性關(guān)系進(jìn)行溫度的精密測(cè)量和控制。該組件具有輸出線性、不需零點(diǎn)補(bǔ)償、靈敏度高、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明所述的寬溫區(qū)互換熱敏線性組件，該組件首先是將兩支具有高阻低B值特性的寬溫區(qū)熱敏電阻與兩支金屬膜固定電阻相互串并聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò)，然后用常規(guī)的方法測(cè)試R-T特性，再用單純形法進(jìn)行最優(yōu)化計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的在20-300℃范圍內(nèi)使用的互換熱敏電阻；該阻件的高阻低B值特性組件予選配元件應(yīng)滿足條件為Rt1(25℃)=150±30％KΩ、Rt2(25℃)=30±30％KΩ，B1(25-50℃)=2300±5％K、B2(25-50℃)=2150±5％K。該組件的輸出與溫度應(yīng)滿足輸出/輸入=0.0024369t+0.036721；并切該組件在20-300℃整個(gè)溫區(qū)內(nèi)的最大測(cè)溫偏差小于±1.4℃，即測(cè)溫精度達(dá)到0.5％F.S.。
參見(jiàn)附1為本發(fā)明電壓輸出式2為本發(fā)明的線化原理圖本發(fā)明所述的寬溫區(qū)互換熱敏線性組件的線化原理動(dòng)定義為，(參見(jiàn)附圖2)輸出函數(shù)f=輸出/輸入。隨著溫度的增加，由于負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的阻值呈指數(shù)形式地下降。根據(jù)附

圖1，固定電阻R2上的輸出電壓Eout呈單調(diào)增加，即線性組件的輸出函數(shù)f為溫度的單調(diào)增加函數(shù)。如果選取合適的網(wǎng)絡(luò)電阻，可以使互換熱敏線性組件的輸出曲線C:f=Eout/Ein圍繞直線L:f=M*t+b呈S形地上下波動(dòng)。在20-300℃的溫區(qū)內(nèi)，輸出曲線C將五次穿越直線L。如果在20-300℃的整個(gè)溫區(qū)內(nèi)，輸出曲線C與直線L的偏離均小于給定值，則可近似地用直線L代替網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際輸出曲線C，即將網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際輸出曲線C線1性化了。
在寬溫區(qū)互換熱敏線性組件中網(wǎng)絡(luò)電阻的計(jì)算可以使用最優(yōu)化計(jì)算中的單純形法。經(jīng)過(guò)最優(yōu)化計(jì)算，互換熱敏線性組件的最大非線性偏差主要決定于負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻室溫B值的大小，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻室溫B值愈小，則互換熱敏線性組件的非線性偏差也愈小。由于負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻在使用過(guò)程中存在著自熱問(wèn)題，這樣為了減小自熱引起的測(cè)溫誤差，應(yīng)選用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的室溫阻值盡可能大。因此為了提高互換熱敏線性組件的測(cè)溫精度應(yīng)選擇具有高阻低B值電學(xué)特性的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。
實(shí)施例首先制做具有高阻低B值電學(xué)特性的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻Rt1和Rt2。在精度為0.05℃的恒溫油槽內(nèi)測(cè)試熱敏電阻的R-T特性，測(cè)試溫度點(diǎn)為25℃、50℃、120℃、200℃、270℃和300℃。測(cè)試后將負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻進(jìn)行予選，予選配件應(yīng)滿足條件為Rt1(25℃)=150±30％KΩ、Rt2(25℃)=30±30％KΩ，B1(25-50℃)=2300±5％K、B2(25-50℃)=21504±5％K。然后將兩支予選好的高阻低B值特性的寬溫區(qū)熱敏電阻和兩支金屬膜固定電阻相互串并聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的輸出與溫度成線性關(guān)系。再用常規(guī)單純形法進(jìn)行最優(yōu)化計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的在20-300℃范圍內(nèi)使用的寬溫區(qū)互換熱敏線性組件。該組件在20-300℃整個(gè)溫區(qū)內(nèi)的最大測(cè)溫偏差小于±1.4℃，即測(cè)溫精度達(dá)到05％F.S.。具體計(jì)算步驟為將予選配件在各測(cè)試溫度點(diǎn)上的均值作為標(biāo)準(zhǔn)元件的R-T特性測(cè)試數(shù)據(jù)，用標(biāo)準(zhǔn)元件計(jì)算寬溫區(qū)互換熱敏線性組件的標(biāo)準(zhǔn)輸出直線。計(jì)算寬溫區(qū)互換熱敏線性組件的標(biāo)準(zhǔn)輸出直線時(shí)四個(gè)網(wǎng)絡(luò)電阻中可以固定電阻Rt1，電阻Rt2的值則變動(dòng)c倍，電阻R1和R2可自由變動(dòng)。這樣寬溫區(qū)互換熱敏線性組件的輸出函數(shù)只與三個(gè)參數(shù)c、R1和R2有關(guān)，即f=f(c,R1,R2)。對(duì)于一組確定的參數(shù)組件(c,R1,R2)可用最小二乘法計(jì)算出與其相對(duì)應(yīng)的線化直線f=M*t+b。這樣進(jìn)行最優(yōu)化計(jì)算的目標(biāo)函數(shù)是Dt(t)=(｜f(c,R1,R2)-(M*t+b)｜/M)max t∈(20,300)。
采用單純形法進(jìn)行最優(yōu)化計(jì)算時(shí)，在參數(shù)c，R1和R2為軸的三維空間內(nèi)選取三個(gè)點(diǎn)組成三角形，比較三角形頂點(diǎn)處的目標(biāo)函數(shù)值，丟掉其中的壞點(diǎn)，代之以適當(dāng)?shù)男曼c(diǎn)，重復(fù)比較就可逼近最優(yōu)點(diǎn)，最優(yōu)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的直線即為標(biāo)準(zhǔn)輸出直線，經(jīng)過(guò)計(jì)算寬溫區(qū)互換熱敏線性組件的標(biāo)準(zhǔn)輸出直線是L:f=0.0024369t+0.036721。
然后就可具體選配組件，首先取一支予選配大阻元件Rt1，再取一支予選配小阻元件Rt2，當(dāng)二者室溫阻值之比約為5∶1時(shí)，采用單純形法進(jìn)行最優(yōu)化計(jì)算。在計(jì)算過(guò)程中根據(jù)目標(biāo)函數(shù)式只是計(jì)算式中的c、M、b三個(gè)參數(shù)為定值，式中溫度t的取值不必是20-300℃整個(gè)溫區(qū)，而只須在二個(gè)端點(diǎn)及四個(gè)極值點(diǎn)處取值即可。在參數(shù)R1和R2為軸的二維空間內(nèi)選取三個(gè)點(diǎn)組成三角形重復(fù)比較逼近最優(yōu)點(diǎn)。如果最優(yōu)點(diǎn)處目標(biāo)函數(shù)值小于±1.4℃，則選配成功。
權(quán)利要求
1.一種寬溫區(qū)互換熱敏線性組件，其特征在于，該組件首先是將兩支具有高阻低B值特性的寬溫區(qū)熱敏電阻與兩支金屬膜固定電阻相互串并聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò)，然后用常規(guī)的方法測(cè)試R-T特性，再用單純形法進(jìn)行最優(yōu)化計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)參數(shù)在20-300℃范圍內(nèi)使用的互換熱敏線性組件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬溫區(qū)互換熱敏線性組件，其特征在于，高阻低B值特性組件予選配元件應(yīng)滿足條件為Rt1(25℃)=150±30％KΩ、Rt2(25℃)=30±30％KΩ，B1(25-50℃)=2300±5％K、B2(25-50℃)=2150±5％K。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬溫區(qū)互換熱敏線性組件，其特征在于，該組件的輸出與溫度應(yīng)滿足輸出/輸入=0.0024369t+0.036721。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬溫區(qū)互換熱敏線性組件，其特征在于，該組件在20-300℃整個(gè)溫區(qū)內(nèi)的最大測(cè)溫偏差小于±1.4℃，即測(cè)溫精度達(dá)到0.5％F.S.。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種互換熱敏線性組件,該組件是將兩支具有高阻低B值特性的寬溫區(qū)熱敏電阻與兩支金屬膜固定電阻相互串并聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò),然后用常規(guī)的方法測(cè)試RT特性,再用單純形法進(jìn)行最優(yōu)化計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的在件20-300℃內(nèi)使用的互換熱敏線性組件,網(wǎng)絡(luò)的輸出與溫度成線性關(guān)系,人們可以利用這種線性關(guān)系進(jìn)行溫度的精密測(cè)量和控制。該組件具有輸出線性、不需零點(diǎn)補(bǔ)償、靈敏度高、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01J5/20GK1299966SQ9912534
公開(kāi)日2001年6月20日 申請(qǐng)日期1999年12月10日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月10日
發(fā)明者陸峰, 程家騏, 李鳳翔 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院新疆物理研究所