專利名稱：供暖系統(tǒng)溫差測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種供暖系統(tǒng)溫差測(cè)量?jī)x，屬于溫度測(cè)量器具技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
熱電偶測(cè)溫基于熱電效應(yīng)——塞貝克效應(yīng)，任何兩種不同的金屬 或半導(dǎo)體材料， 一端焊接后，只要兩端存在溫差，電路中就會(huì)產(chǎn)生與溫差大小有關(guān)的熱電勢(shì),但是熱電勢(shì)信號(hào)非常微弱，約為0. 02-0. 06mV/ "C，因此需要靈敏的放大電路，才能滿足顯示轉(zhuǎn)換的要求。因此對(duì)于溫 度變化范圍不大的場(chǎng)合，通常采用熱電阻測(cè)溫，工業(yè)上最常用的有50 Q的銅電阻Cu50和100或1000 Q的鉑電阻Ptl00/Pt1000，目前發(fā)達(dá) 國(guó)家也大多采用兩根Pt1000熱電阻分別測(cè)量進(jìn)出口水溫，計(jì)算得出溫 差。工業(yè)用的銅電阻和鉑電阻往往體積較大，家庭管道中安裝不便， 傳熱誤差也大，作為千家萬(wàn)戶的計(jì)量裝置，成本和精度是首先要考慮 的。為了縮小體積，國(guó)外多采用厚膜技術(shù)制造Ptl000熱電阻，由于膜 材料與塊體材料相比(用塊狀金屬如銅錠切削加工或拉絲得到的線材 性質(zhì)仍然和金屬塊相同，而真空鍍膜材料疏松，電特性不穩(wěn)定)，前者熱電特性分散且有老化現(xiàn)象，Ptiooo配對(duì)精度難以長(zhǎng)期維持在o. rc。采用非接觸式測(cè)溫技術(shù)，如紅外輻射溫度計(jì)用于家用供暖系統(tǒng)既 不準(zhǔn)確也容易受到人為故意破壞，不便采用。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種供暖系統(tǒng)溫差測(cè)量?jī)x，針對(duì)家庭管道中 不便安裝銅電阻和鉑電阻，膜材料熱電特性分散且有老化現(xiàn)象等不足， 實(shí)現(xiàn)有利于家庭供暖系統(tǒng)管道使用。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的， 一種供暖系統(tǒng)溫差測(cè)量?jī)x，其特征在于所述測(cè)量?jī)x由雙頭熱電偶和信號(hào)調(diào)理電路構(gòu)成，雙頭熱電偶冷端的兩個(gè)接線柱相互靠近并隔離后接信號(hào)調(diào)理電路中的溫差電勢(shì)放大電路的信號(hào)輸入端。所述雙頭熱電偶為擁有兩個(gè)測(cè)量端的一根銅一康銅熱電偶。 所述雙頭熱電偶采用兩片氟塑料薄膜塑封兩根金屬絲。 所述雙頭熱電偶為雙絞線，線路較長(zhǎng)時(shí)采用屏蔽線。所述信號(hào)調(diào)理電路由穩(wěn)壓電源電路、溫差電勢(shì)放大電路、A/D轉(zhuǎn)換 電路、單片機(jī)運(yùn)算電路和顯示電路組成；溫差電勢(shì)放大電路的輸出接 接A/D轉(zhuǎn)換電路，A/D轉(zhuǎn)換電路將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳遞給單 片機(jī)運(yùn)算電路，單片機(jī)運(yùn)算電路的溫差信號(hào)輸出接顯示電路。本發(fā)明在充分考慮了供熱系統(tǒng)溫差測(cè)量的具體特點(diǎn)，無(wú)需精確測(cè) 量參考端也就是冷端溫度，只要保證冷端溫度相同即可，主要特點(diǎn)是 由雙頭熱電偶和信號(hào)調(diào)理電路組成，具體做法是把雙頭熱電偶的兩個(gè) 接線柱適當(dāng)延伸，密封在一起(由于銅康銅屬于廉價(jià)熱電偶，延伸所 用的材料還是銅康銅，無(wú)需采用其他材料，除了插在熱水中的很短一 部分，其余部分都可看作延伸段)，保證絕緣和溫度相同。工作時(shí)雙頭 熱電偶的兩測(cè)量端采用密封安裝座分別插入用戶供暖管進(jìn)出端，兩個(gè) 接線端應(yīng)盡量靠近并相互絕緣包裹在絕熱材料中，保證兩。端溫度相同， 雙頭熱電偶感受進(jìn)出口溫差后，在熱電偶兩端形成微小的電壓差，溫 差電勢(shì)放大電路將該信號(hào)進(jìn)行放大和顯示，并可與流量測(cè)量傳感器獲 得的流量數(shù)據(jù)相乘得出用戶得到的供熱量。雙頭熱電偶采用廉價(jià)通用 的熱電偶材料銅一康銅制作，其成本低廉，僅相當(dāng)于Ptl000配對(duì)熱電 偶成本的1/5，也可用于其它相近領(lǐng)域的溫差測(cè)量。


圖1為本發(fā)明與供暖管道連接的總體結(jié)構(gòu)框圖；圖中，l進(jìn)水管，2出水管，3雙頭熱電偶，A溫差電勢(shì)放大電路 BA/D轉(zhuǎn)換電路，C單片機(jī)運(yùn)算電路，D顯示電路，E穩(wěn)壓電源電路。
具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明，如圖1所示，本發(fā)明由雙 頭熱電偶和信號(hào)調(diào)理電路構(gòu)成，由于采用一根雙頭熱電偶代替通常測(cè) 量溫差所采用的兩根熱電偶，從而避免了由于兩根熱電偶熱電特性可能存在的細(xì)微的差異帶來(lái)的誤差，用兩根熱電偶很難保證o. rc的配對(duì)精度。與目前市場(chǎng)上的熱電阻式供暖溫差傳感器相比，差別如下(1) 熱電偶與熱電阻相比測(cè)量端體積非常小，只要測(cè)量端焊接點(diǎn)被 加熱到介質(zhì)溫度即可，因而反應(yīng)靈敏，由于節(jié)點(diǎn)很小，傳感器向外傳 熱改變被測(cè)溫度場(chǎng)引起的傳熱誤差極小。相比而言熱電阻體積較大， 整體被加熱到介質(zhì)溫度的時(shí)間較長(zhǎng)，尺寸越大，傳熱誤差越大。(2) 熱電偶與熱電阻相比制作非常簡(jiǎn)便，由于被測(cè)水溫不超過110 。C，不需要不銹鋼套管等耐熱、耐腐蝕結(jié)構(gòu)，只要用兩片氟塑料薄膜 對(duì)兩根金屬絲進(jìn)行塑封即可，成本極其低廉，適合千家萬(wàn)戶推廣。(3) 按照常規(guī)思維，水溫變化范圍較小，不同于工業(yè)爐上千度的工 作溫度，因此水溫測(cè)量宜采用熱電阻傳感器，因?yàn)闊犭娮鑲鞲衅鬏敵?信號(hào)大，對(duì)于溫度不高的場(chǎng)合，比熱電偶靈敏度高，因而測(cè)溫精確。 眾所周知溫度變化范圍較小時(shí)熱電偶輸出信號(hào)小，不易準(zhǔn)確測(cè)量。但 是對(duì)于供暖系統(tǒng)這個(gè)特例，水溫一定大多在0-10(TC之間。需要測(cè)量 的僅僅是用戶進(jìn)出水管水溫溫差，而普通的Cu50或PtlOO熱電阻體積 過大，不適合家庭安裝，目前采用的厚膜熱敏電阻技術(shù)生產(chǎn)的熱電阻 或熱敏電阻分散性過大，尤其在進(jìn)出口溫差極小的情況下，配對(duì)精度 達(dá)不到要求。事實(shí)上在有些集中供暖系統(tǒng)中，進(jìn)出某個(gè)單用戶的水溫變化低達(dá)o. rc，熱電阻的配對(duì)精度很難達(dá)到o. rc，原因就在于熱敏
電阻材料成分波動(dòng)較大，阻值分散，而銅電阻和鉬電阻體積過大，傳熱誤差大，也很難達(dá)到o. rc的配對(duì)精度。本發(fā)明中的熱電偶采用純 金屬和成分固定的合金材料制作，熱電特性穩(wěn)定，配對(duì)精度容易保證。(4) 雙頭熱電偶的兩頭分別插入該用戶暖水管道的出入端口 ，熱電 偶的冷端延長(zhǎng)后焊接到電路板上。關(guān)鍵技術(shù)就在于，水溫溫差測(cè)量時(shí)， 熱電偶冷端溫度不需要保持恒定，只要兩根接線柱溫度相等就行。保持 冷端溫度恒定是困難的，而保持兩個(gè)冷端節(jié)點(diǎn)溫度相等是比較容易的， 冷節(jié)點(diǎn)采用絕熱材料如棉花覆蓋，以保證冷節(jié)點(diǎn)內(nèi)溫度均勻一致。本系 統(tǒng)也不需要采用溫度補(bǔ)償電路來(lái)使冷端溫度相當(dāng)于恒溫。由于不采用貴 金屬熱電偶材料，成本低廉，不需要補(bǔ)償導(dǎo)線，直接把熱電偶材料延長(zhǎng) 到所需長(zhǎng)度即可，為了減小電磁干擾應(yīng)制成雙絞線，帶有絕緣皮的銅線 和康銅線雙絞在一起，只有插入熱水中的部分采用四氟乙烯保護(hù)，線路 較長(zhǎng)時(shí)采用屏蔽線。(5) 為了保證熱電偶熱電特性參數(shù)一致，采用鹽水焊接，避免普通焊料或焊接工藝不穩(wěn)定使熱結(jié)點(diǎn)變質(zhì)，造成熱電特性分散。信號(hào)調(diào)理電路由溫差電勢(shì)放大電路A， A/P轉(zhuǎn)換電路B，單片機(jī)運(yùn) 算電路C和顯示電路D以及穩(wěn)壓電源電路E組成；溫差電勢(shì)放大電路 A的輸出端提供與溫差相對(duì)應(yīng)的電壓變化，滿足A/D轉(zhuǎn)換電路B轉(zhuǎn)換 的需要，需要1000倍左右的放大倍數(shù)，可采用三級(jí)放大，均采用0P07 運(yùn)算放大器，每級(jí)放大10倍。然后將放大后的電壓信號(hào)傳遞給A/D轉(zhuǎn) 換電路C， A/D轉(zhuǎn)換電路C采用串行接口的MCP3202，將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換 為數(shù)字信號(hào)傳遞給單片機(jī)運(yùn)算電路C，單片機(jī)運(yùn)算電路C選用20個(gè)引 腳的小尺寸單片機(jī)AT89C2051，可減少布線數(shù)量，縮小電路板面積； 單片機(jī)向顯示器件數(shù)碼管或筆段式液晶輸出顯示數(shù)據(jù)。本發(fā)明中，溫差電勢(shì)放大電路A、 A/D轉(zhuǎn)換電路B、單片機(jī)運(yùn)算電 路C、顯示電路D和穩(wěn)壓電源電路E可采用現(xiàn)有成熟電路。
權(quán)利要求
1、一種供暖系統(tǒng)溫差測(cè)量?jī)x，其特征在于所述測(cè)量?jī)x由雙頭熱電偶和信號(hào)調(diào)理電路構(gòu)成，雙頭熱電偶冷端的兩個(gè)接線柱相互靠近并隔離后接信號(hào)調(diào)理電路中的溫差電勢(shì)放大電路的信號(hào)輸入端。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的供暖系統(tǒng)溫差測(cè)量?jī)x，其特征在于所 述雙頭熱電偶為擁有兩個(gè)測(cè)量端的一根銅一康銅熱電偶。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的供暖系統(tǒng)溫差測(cè)量?jī)x，其特征在 于所述雙頭熱電偶采用兩片氟塑料薄膜塑封兩根金屬絲。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的供暖系統(tǒng)溫差測(cè)量?jī)x，其特征在 于雙頭熱電偶為雙絞線，線路較長(zhǎng)時(shí)采用屏蔽線。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的供暖系統(tǒng)溫差測(cè)量?jī)x，其特征在 于雙頭熱電偶采用鹽水焊接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的供暖系統(tǒng)溫差測(cè)量?jī)x，其特征在于所 述信號(hào)調(diào)理電路由穩(wěn)壓電源電路、溫差電勢(shì)放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、 單片機(jī)運(yùn)算電路和顯示電路組成；溫差電勢(shì)放大電路的輸出接接A/D 轉(zhuǎn)換電路，A/D轉(zhuǎn)換電路將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳遞給單片機(jī)運(yùn) 算電路，單片機(jī)運(yùn)算電路的溫差信號(hào)輸出接顯示電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種供暖系統(tǒng)溫差測(cè)量?jī)x，屬于溫度測(cè)量器具技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明主要特點(diǎn)是由雙頭熱電偶和信號(hào)調(diào)理電路組成，把雙頭熱電偶的兩個(gè)接線柱密封在一起，保證絕緣和溫度相同，工作時(shí)雙頭熱電偶的兩測(cè)量端采用密封安裝座分別插入用戶供暖管進(jìn)出端，兩個(gè)接線端靠近并相互絕緣包裹在絕熱材料中，保證兩端溫度相同，雙頭熱電偶感受進(jìn)出口溫差后，在熱電偶兩端形成微小的電壓差，溫差電勢(shì)放大電路將該信號(hào)進(jìn)行放大和顯示，并可與流量測(cè)量傳感器獲得的流量數(shù)據(jù)相乘得出用戶得到的供熱量，雙頭熱電偶采用廉價(jià)通用的熱電偶材料銅-康銅制作，其成本低廉，僅相當(dāng)于Pt1000配對(duì)熱電偶成本的1/5。也可用于其它相近領(lǐng)域的溫差測(cè)量。
文檔編號(hào)G01K7/02GK101158606SQ200710135560
公開日2008年4月9日 申請(qǐng)日期2007年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月16日
發(fā)明者王昌龍, 健 陳 申請(qǐng)人:揚(yáng)州大學(xué)