專利名稱：一種海水溫度測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于海洋工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于鉬熱電阻傳感器的高穩(wěn)定性海水溫度測量裝置。
背景技術(shù)：
海水溫度是反映海水熱狀況的一個物理量，也是海洋水文狀況監(jiān)測中最重要的因子之一，常作為研究水團性質(zhì)，描述水團運動的基本指標。目前測量海水溫度的探頭主要有熱敏電阻、鉬熱電阻和熱電偶。熱電偶主要在高溫測溫條件下具有優(yōu)勢，如熱液噴口附近的溫度傳感主要采用熱電偶測溫原理設(shè)計，但熱電偶溫度計在海水常規(guī)溫度測溫范圍內(nèi)精度不高。熱敏電阻與鉬電阻的精度基本在同一個量級，其中熱敏電阻成本低、易于制作，而鉬電阻的線性度較好，穩(wěn)定性更強，但由于阻值較小，需要復雜的調(diào)理電路而顯得設(shè)計成本較高。目前國內(nèi)外CTD剖面儀內(nèi)的溫度傳感器廣泛采用熱敏電阻，該方法穩(wěn)定性有所欠缺，測溫頻率與溫度值之間的標定公式復雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有海水溫度測量電路的不足，提供一種針對海水常規(guī)測溫范圍(_2°C 30°C )基于鉬熱電阻的高穩(wěn)定性海水溫度測量裝置。本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是一種海水溫度測量系統(tǒng)，包括，非平衡電橋電路單元、恒流源產(chǎn)生電路單元、電壓跟隨電路單元和濾波放大電路單元；所述非平衡電橋電路單元輸入端通過電阻R8與直流電壓的正極相連；所述非平衡電橋電路單元輸出端與所述電壓跟隨電路單元相連；所述恒流源產(chǎn)生電路單元的輸出端與所述非平衡電橋電路單元相連；所述電壓跟隨電路單元通過電阻R9、電阻RlO與濾波放大電路單元相連；所述恒流源產(chǎn)生電路單元的輸入端與+5V電源相連。所述非平衡電橋電路單元由非平衡電橋電路左橋臂、非平衡電橋的右橋臂及隔離電路組成；所述非平衡電橋電路左橋臂一端與分壓電阻R8相連，另一端與隔離電路一端相連；所述隔離電路另一端與三線制非平衡電橋的右橋臂相連，通過隔離電路將非平衡電橋電路單元的左橋臂和右橋臂隔離。所述恒流源產(chǎn)生電路單元由基準電壓源電路，放大比較電路，調(diào)整電路和采樣電路組成；所述基準電壓電路的輸出端與放大比較電路的反相輸入端相連，放大比較器電路的輸出端與調(diào)整電路的三極管Ql的柵極相連，調(diào)整電路的晶體管Tl與采樣電路相連，采樣電路的反饋電阻Rll與放大比較電路正向輸入端相連；所述恒流源產(chǎn)生電路單元通過基準電壓源電路為三線制非平衡電橋電路的左橋臂提供恒定電流，實現(xiàn)電橋電路的線性供電。所述電壓跟隨電路單元主要包含第一、二電壓跟隨器；第一電壓跟隨器包括運算放大器U3，第二電壓跟隨器包括運算放大器U4 ；運算放大器U3的同相輸入端與非平衡電橋電路左橋臂的電阻R5的一端相連，運算放大器U3的反相輸入端與其自己的輸出端相連，形成第一電壓跟隨器；所述運算放大器U4的同相輸入端連接在非平衡電橋電路左橋臂的電阻R4、電阻R5之間，運算放大器U4的反相輸入端與其自己的輸出端相連，形成第二電壓跟隨器；所述電壓跟隨電路單元提高輸入阻抗，將非平衡電橋電路單元與濾波放大電路單元進行緩沖和隔離。所述放大濾波電路單元主要包括運算放大器U5，電阻R12，電阻R13，電阻R14，電阻R15，濾波電容C3，濾波電容C4，運算放大器U6 ；所述運算放大器U5的正向輸入端與第一電壓跟隨器的運算放大器U3的輸出端相連，運算放大器U5的反相輸入端與第二電壓跟隨器的運算放大器U4的輸出端相連，于運算放大器U5的同相輸入端與輸出端之間并聯(lián)接有電阻R15 ；所述運算放大器TO的反相輸入端與電阻R12 —端相連，電阻R12的另一端接地； 運算放大器U5的輸出端與電阻R13的一端相連，電阻R13另一端與電阻R14的一端相連， 電阻R14的另一端與運算放大器U6的同相輸入端相連；所述濾波電容C3 —端與電阻R14 相連，另一端與運算放大器U6的反相輸入端相連；所述濾波電容C4 一端與運算放大器U6 的同相輸入端相連，另一端接地；運算放大器U6的輸出端與反相輸入端相連；所述放大濾波電路單元主要對信號進行放大，濾波，方便后級采樣電路對信號的采樣。所述非平衡電橋電路單元包括可調(diào)電阻R1，第一引線電阻R4，第二引線電阻R5， 第三引線電阻R6，測溫鉬電阻R100，隔離放大器U1，第一精密電阻R2，第二精密電阻R3 ；所述分壓電阻R8 —端與直流電源的正極的相連，分壓電阻R8的另一端與可調(diào)電阻Rl的一端相連，所述可調(diào)電阻Rl的另一端與第一引線電阻R4相連，所述第一引線電阻R4的另一端分別與第二引線電阻R5、測溫鉬電阻RlOO的一端相連，所述測溫鉬電阻RlOO的另一端分別與調(diào)整電路2-3的晶體管Tl的集電極及第三引線電阻R6 —端相連，所述第一、二精密電阻 R2、R3組成電橋的右橋臂，其中第二精密電阻R2的一端與分壓電阻R8相連，另一端與第二精密電阻R3相連；所述隔離放大器Ul的同相向輸入端與第三引線電阻R6相連，隔離放大器Ul的反相輸入端與右橋臂的第二精密電阻R3相連，隔離放大器Ul的輸出端與其反相輸入端相連。所述基準電壓電路的輸出電壓為2. 5V，其通過放大比較器電路和調(diào)整電路采集采樣電路中采樣電阻Rll的電壓，然后與基準電壓比較，得到一個電壓差值；所述基準電壓電路通過比較放大器U2放大后與晶體管Tl相連，通過電壓差值調(diào)控晶體管Tl，改變晶體管 Tl c-e之間的電壓降，從而達到恒流的目的；當Ice變大時，電阻Rll上的壓降變大，而基準電壓不變，因此，比較放大器的輸出變小，晶體管Tl的基極電流變小，從而Ire下降；當I。/變小時，調(diào)整過程相反。本發(fā)明的優(yōu)點1、本發(fā)明利用恒流源產(chǎn)生電路單元驅(qū)動非平衡電橋電路單元，采用鉬熱電阻傳感器為感應(yīng)器，并利用三線制接線方式連接鉬熱電阻，可以在很大程度上補償非平衡電橋電路單元的非線性，克服由引線電阻長期變化帶來的時變誤差，從而實現(xiàn)高穩(wěn)定性的海水溫
度測量。2、本發(fā)明具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、使用壽命長等特點，測量精度遠高于傳統(tǒng)的熱電偶或壓力式測溫儀，在海水常規(guī)測溫范圍(_2°C 30°C)內(nèi)，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。


下面根據(jù)附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的闡述。圖1是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)框圖；圖2是圖1中三線制非平衡電橋電路單元圖；圖3是圖1中恒流源產(chǎn)生電路單元圖；圖4是圖1中兩路電壓跟隨電路單元圖；圖5是圖1中放大濾波電路單元圖。
具體實施例方式如圖1、2、3、4、5所示，一種海水溫度測量系統(tǒng)，包括，非平衡電橋電路單元1、恒流源產(chǎn)生電路單元2、電壓跟隨電路單元3和濾波放大電路單元4 ；所述非平衡電橋電路單元 1輸入端通過分壓電阻R8與直流電壓的正極相連；所述非平衡電橋電路單元1輸出端與所述電壓跟隨電路單元3相連；所述非平衡電橋電路單元1輸出端與所述恒流源產(chǎn)生電路單元2相連；所述電壓跟隨電路單元3通過電阻R9、電阻RlO與濾波放大電路單元4相連；所述恒流源產(chǎn)生電路單元2 —端與+5V電源相連。所述非平衡電橋電路單元1由非平衡電橋電路左橋臂1-1、非平衡電橋的右橋臂
1-2及隔離電路1-3組成；所述非平衡電橋電路左橋臂1-1一端與分壓電阻R8相連，另一端與隔離電路1-3 —端相連；所述隔離電路1-3另一端與三線制非平衡電橋的右橋臂1-2 相連，通過隔離電路1-3將非平衡電橋電路單元1的左橋臂1-1和右橋臂1-2隔離，使左右橋的電流互不影響。所述非平衡電橋電路單元1的電路包括可調(diào)電阻R1，第一引線電阻R4，第二引線電阻R5，第三引線電阻R6，測溫鉬電阻R100，隔離放大器U1，第一精密電阻R2，第二精密電阻R3 ；所述分壓電阻R8 —端與直流電源的正極的相連，分壓電阻R8的另一端與可調(diào)電阻 Rl的一端相連，所述可調(diào)電阻Rl的另一端與第一引線電阻R4相連，所述第一引線電阻R4 的另一端分別與第二引線電阻R5、測溫鉬電阻RlOO的一端相連，所述測溫鉬電阻IUOO的另一端分別與調(diào)整電路2-3的晶體管Tl的集電極及第三引線電阻R6 —端相連，所述第一、二精密電阻R2、R3組成電橋的右橋臂1-2，其中第二精密電阻R2的一端與分壓電阻R8相連， 另一端與第二精密電阻R3相連；所述隔離放大器Ul的同相向輸入端與第三引線電阻R6相連，隔離放大器Ul的反相輸入端與右橋臂1-2的第二精密電阻R3相連，隔離放大器Ul的輸出端與其反相輸入端相連。所述恒流源產(chǎn)生電路單元2由基準電壓源電路2-1，放大比較電路2-2，調(diào)整電路
2-3和采樣電路2-4組成；所述基準電壓電路2-1的輸出端與放大比較電路2-2的反相輸入端相連，放大比較器電路2-2的輸出端與調(diào)整電路2-3的三極管Ql的柵極相連，調(diào)整電路 2-3的晶體管Tl與采樣電路2-4相連，采樣電路2-4的采樣電阻Rll與放大比較電路2_2 正向輸入端相連；所述恒流源產(chǎn)生電路單元2通過基準電壓源電路2-1為非平衡電橋電路 1的左橋臂提供恒定電流，實現(xiàn)電橋電路的線性供電，消除傳統(tǒng)恒壓源電橋的非線性。恒流源產(chǎn)生電路單元2電路包括分壓電阻R7，基準電壓產(chǎn)生芯片TL431，第一濾波電容Cl，集成運算放大器Ul，第一調(diào)整管Ql，第二調(diào)整管Tl，采樣電阻Rl 1，第二濾波電容 C2。所述分壓電阻R7的一端接直流輸入電壓的正極，另一端接基準電壓芯片T431，基準電壓芯片T431的輸出端接濾波電容Cl，第一濾波電容Cl接集成運算放大器Ul的反相輸入端，集成運算放大器Ul的輸出端接三極管Ql的柵極，三極管Ql的源極與晶體管Tl的集電極相連，三極管Ql的漏極與晶體管Tl的基極相連接，晶體管Tl的發(fā)射極接采樣電阻Rll 的一端，并反饋到集成運算放大器Ul的同相輸入端，第二濾波電容C2與采樣電阻Rll并聯(lián)接地。所述電壓跟隨電路單元3主要包含第一、二電壓跟隨器3-1、3-2 ；第一電壓跟隨器包括運算放大器U3，第二電壓跟隨器3-2包括運算放大器U4 ；運算放大器U3的同相輸入端與非平衡電橋電路左橋臂1-1的電阻R5的一端相連，運算放大器U3的反相輸入端與其自己的輸出端相連，形成第一電壓跟隨器3-1 ；運算放大器U4的同相輸入端連接在非平衡電橋電路左橋臂1-1的電阻R4、電阻R5之間，運算放大器U4的反相輸入端與其自己的輸出端相連，形成第二電壓跟隨器3-2 ；所述電壓跟隨電路單元3提高輸入阻抗，將非平衡電橋電路單元1與濾波放大電路單元4進行緩沖和隔離。電壓跟隨電路3提高了輸入阻抗，起到緩沖和隔離前后級電路的作用。所述放大濾波電路單元4主要包括運算放大器U5，電阻R12，電阻R13，電阻R14， 電阻R15，濾波電容C3，濾波電容C4，運算放大器TO ；所述運算放大器TO的正向輸入端與第一電壓跟隨器3-1的運算放大器U3的輸出端相連，運算放大器TO的反相輸入端與第二電壓跟隨器3-2的運算放大器U4的輸出端相連，于運算放大器U5的同相輸入端與輸出端之間并聯(lián)接有電阻R15 ；所述運算放大器U5的反相輸入端與電阻R12 —端相連，電阻R12的另一端接地；運算放大器U5的輸出端與電阻R13的一端相連，電阻R13另一端與電阻R14 的一端相連，電阻R14的另一端與運算放大器TO的同相輸入端相連；所述濾波電容C3 —端與電阻R14相連，另一端與運算放大器TO的反相輸入端相連；所述濾波電容C4 一端與運算放大器U6的同相輸入端相連，另一端接地；運算放大器U6的輸出端與反相輸入端相連；所述放大濾波電路單元4主要對信號進行放大，濾波，方便后級采樣電路對信號的采樣?；鶞孰妷弘娐?-1的輸出端與放大比較電路2-2的反相輸入端相連，放大比較器電路2-2的輸出端與調(diào)整電路2-3的Ql的柵極相連，調(diào)整電路2-3的晶體管Tl與采樣電路2-4相連，采樣電路2-4的反饋電阻與放大比較電路2-2。基準電壓電路2-1的輸出電壓為2. 5V，通過反饋網(wǎng)絡(luò)對取樣電阻Rll上的電壓取樣，然后與基準電壓比較，得到一個差值，將此差值用比較放大器U2放大后去控制調(diào)整管Tl，改變調(diào)整管c-e之間的電壓降，從而達到恒流的目的。當‘變大時，Rll上的壓降變大，而基準電壓不變，因此，比較放大器的輸出變小，調(diào)整管Tl的基極電流變小，從而Ire下降。Ire變小時，調(diào)整過程相反。
權(quán)利要求
1.一種海水溫度測量系統(tǒng)，其特征在于包括，非平衡電橋電路單元、恒流源產(chǎn)生電路單元、電壓跟隨電路單元和濾波放大電路單元；所述非平衡電橋電路單元輸入端通過電阻R8與直流電壓的正極相連； 所述非平衡電橋電路單元輸出端與所述電壓跟隨電路單元相連； 所述恒流源產(chǎn)生電路單元的輸出端與所述非平衡電橋電路單元相連； 所述電壓跟隨電路單元通過電阻R9、電阻RlO與濾波放大電路單元相連； 所述恒流源產(chǎn)生電路單元的輸入端與+5V電源相連。
2.按權(quán)利要求1所述的海水溫度測量系統(tǒng)，其特征在于所述非平衡電橋電路單元由非平衡電橋電路左橋臂、非平衡電橋的右橋臂及隔離電路組成；所述非平衡電橋電路左橋臂一端與分壓電阻R8相連，另一端與隔離電路一端相連； 所述隔離電路另一端與三線制非平衡電橋的右橋臂相連，通過隔離電路將非平衡電橋電路單元的左橋臂和右橋臂隔離。
3.按權(quán)利要求1所述的海水溫度測量系統(tǒng)，其特征在于所述恒流源產(chǎn)生電路單元由基準電壓源電路，放大比較電路，調(diào)整電路和采樣電路組成；所述基準電壓電路的輸出端與放大比較電路的反相輸入端相連，放大比較器電路的輸出端與調(diào)整電路的三極管Ql的柵極相連，調(diào)整電路的晶體管Tl與采樣電路相連，采樣電路的反饋電阻Rll與放大比較電路正向輸入端相連；所述恒流源產(chǎn)生電路單元通過基準電壓源電路為三線制非平衡電橋電路的左橋臂提供恒定電流，實現(xiàn)電橋電路的線性供電。
4.按權(quán)利要求1所述的海水溫度測量系統(tǒng)，其特征在于所述電壓跟隨電路單元主要包含第一、二電壓跟隨器；第一電壓跟隨器包括運算放大器U3，第二電壓跟隨器包括運算放大器U4 ；運算放大器U3的同相輸入端與非平衡電橋電路左橋臂的電阻R5的一端相連，運算放大器U3的反相輸入端與其自己的輸出端相連，形成第一電壓跟隨器；所述運算放大器U4的同相輸入端連接在非平衡電橋電路左橋臂的電阻R4、電阻R5之間，運算放大器U4的反相輸入端與其自己的輸出端相連，形成第二電壓跟隨器；所述電壓跟隨電路單元提高輸入阻抗，將非平衡電橋電路單元與濾波放大電路單元進行緩沖和隔離。
5.按權(quán)利要求1所述的海水溫度測量系統(tǒng)，其特征在于所述放大濾波電路單元主要包括運算放大器U5，電阻R12，電阻R13，電阻R14，電阻 Rl5，濾波電容C3，濾波電容C4，運算放大器U6 ；所述運算放大器U5的正向輸入端與第一電壓跟隨器的運算放大器U3的輸出端相連， 運算放大器U5的反相輸入端與第二電壓跟隨器的運算放大器U4的輸出端相連，于運算放大器U5的同相輸入端與輸出端之間并聯(lián)接有電阻R15 ；所述運算放大器U5的反相輸入端與電阻R12 —端相連，電阻R12的另一端接地；運算放大器U5的輸出端與電阻R13的一端相連，電阻R13另一端與電阻R14的一端相連，電阻 R14的另一端與運算放大器U6的同相輸入端相連；所述濾波電容C3 —端與電阻R14相連，另一端與運算放大器TO的反相輸入端相連；所述濾波電容C4 一端與運算放大器TO的同相輸入端相連，另一端接地；運算放大器U6的輸出端與反相輸入端相連；所述放大濾波電路單元主要對信號進行放大，濾波，方便后級采樣電路對信號的采樣。
6.按權(quán)利要求1所述的海水溫度測量系統(tǒng)，其特征在于所述非平衡電橋電路單元包括可調(diào)電阻R1，第一引線電阻R4，第二引線電阻R5，第三引線電阻R6，測溫鉬電阻R100，隔離放大器U1，第一精密電阻R2，第二精密電阻R3 ；所述分壓電阻R8 —端與直流電源的正極的相連，分壓電阻R8的另一端與可調(diào)電阻Rl 的一端相連，所述可調(diào)電阻Rl的另一端與第一引線電阻R4相連，所述第一引線電阻R4的另一端分別與第二引線電阻R5、測溫鉬電阻RlOO的一端相連，所述測溫鉬電阻RlOO的另一端分別與調(diào)整電路2-3的晶體管Tl的集電極及第三引線電阻R6 —端相連，所述第一、二精密電阻R2、R3組成電橋的右橋臂，其中第二精密電阻R2的一端與分壓電阻R8相連，另一端與第二精密電阻R3相連；所述隔離放大器Ul的同相向輸入端與第三引線電阻R6相連，隔離放大器Ul的反相輸入端與右橋臂的第二精密電阻R3相連，隔離放大器Ul的輸出端與其反相輸入端相連。
7.按權(quán)利要求1所述的海水溫度測量系統(tǒng)，其特征在于所述基準電壓電路的輸出電壓為2. 5V，其通過放大比較器電路和調(diào)整電路采集采樣電路中采樣電阻Rll的電壓，然后與基準電壓比較，得到一個電壓差值；所述基準電壓電路通過比較放大器U2放大后與晶體管Tl相連，通過電壓差值調(diào)控晶體管Tl，改變晶體管Tl c-e之間的電壓降，從而達到恒流的目的；當I。/變大時，電阻Rll上的壓降變大，而基準電壓不變，因此，比較放大器的輸出變小，晶體管Tl的基極電流變小， 從而1。6下降；當Ι。ε變小時，調(diào)整過程相反。
全文摘要
本發(fā)明公開一種海水溫度測量系統(tǒng)，包括，非平衡電橋電路單元、恒流源產(chǎn)生電路單元、電壓跟隨電路單元和濾波放大電路單元；所述非平衡電橋電路單元輸入端通過電阻R8與直流電壓的正極相連；所述非平衡電橋電路單元輸出端與所述電壓跟隨電路單元相連；所述恒流源產(chǎn)生電路單元的輸出端與所述非平衡電橋電路單元相連；所述電壓跟隨電路單元通過電阻R9、電阻R10與濾波放大電路單元相連；所述恒流源產(chǎn)生電路單元的輸入端與+5V電源相連。本發(fā)明具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、使用壽命長等特點，測量精度遠高于傳統(tǒng)的熱電偶或壓力式測溫儀，在海水常規(guī)測溫范圍(-2℃～30℃)內(nèi)，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。
文檔編號G01K7/18GK102401698SQ20101028944
公開日2012年4月4日 申請日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月17日
發(fā)明者任殿慧, 劉敬彪, 張鑫, 曾志剛, 王曉媛, 章雪挺 申請人:中國科學院海洋研究所