[其他]采用存储法进行线性化的全硬件数字温度计

说明书

本发明涉及数字温度计，尤其是涉及对温度传感器进行线性化的数字温度计这一领域。本发明采用了用大规模半导体存储器进行数字存贮，应用全部硬件电路实现线性化过程。

众所周知，测量温度用的传感器热电阻尤其是热电偶在测量区域内具有不同程度的非线性因素存在，因此影响了直接测量的精度。过去在动圈式指示仪表中常采用的办法是用非线性表盘来进行指示，但此类仪表精度很低，不能满足较高的要求。现在常采用的线性化方法是通过改变桥路电阻值或改变前置放大器放大倍数对温度进行分段折线化以逼近实际温度曲线，数字线性化的方法一般是采用对数字量分段进行扣脉冲或补脉冲等。但以上几种线性化方法一般理论精度低而且调试相当困难，为了提高精度和扩大温度范围则线路更加复杂使成本提高。

在使用计算机的温度检测和控制系统中，经常采用的线性化方法是利用计算机中的存储器将国际实用温度分度表值存入，通过采样热电偶的热电势或热电阻的阻值变化量借助于计算机软件的支持，直接查找到实际的温度值，以达到线性化的目的。美国专利第4122719号中就是采用的这一方法。这种方法由于是通过查表直接得到线性化输出，因而精度极高。但就目前的情况来讲在温度的通用显示仪表中采用计算机必然造成成本的提高而不利于推广使用。基于以上温度计所存在的缺点，为了得到高精度的温度测量结果并且使线路调整方便、价格低廉，本发明的目的是借助于大规模集成半导体存储器进行非线性曲线的存贮，并采用全部硬件电路在无须软件支持的情况下实现对以热电阻或热电偶为传感器的非线性输入电压直接查表得到线性化输出这一方法，用很少的逻辑集成电路完成存储器线性化的全硬件数字温度计。

图1是温度计工作原理方框图。

图2是A/D转换电路原理图。

图3是七段码-BCD码非对应变换电路原理图。

图4是BCD码-二进制码转换电路原理图。

图5为译码驱动显示和数字比较电路原理图。

图6为曲线存储过程框图。

整机的工作原理以热电偶传感器为例简述如下：热电偶101的热电势值经冷端补偿电桥102自动补偿了热电偶冷端不是0℃所引起的误差后，输入到工频滤波器103以滤除工频干扰，然后输入到前置放大电路104。经A/D转换器105之后将热电势值由其经放大后的模拟电压量转换成相应电压的数字量，此数字量经码制变换电路106和107形成数字存储器108的单元地址，而所被寻址到的存储器所对应的存储单元内容就是此时热电偶的热电势值所对应的温度值。为了降低系统的功耗和提高数字存储器的使用寿命，在电路中设置了锁存器109并相应设置了时钟电路114和延时电路115以便发出存储器的读信号和延时锁存信号。最后经过译码驱动器111和112通过数文显示单元113直接显示出温度数值。除此之外电路中附加有数字比较器116，以便使使用者通过数字给定拨盘开关117直接与温度值进行比较。而比较的结果除了直接进行显示119之外另加了驱动放大电路118以便使用者使用。图中110为开机复位电路，120为BCD码输出电路，以供控温时使用。

在图2电路中采用的是ICL710731/2A/D转换芯片，它所能转换的数字量的最大范围为-1999～+1999，因此它的分辨率与12位的A/D通用转换芯片相当，但是价格仅有最低档的12位A/D转换芯片的十分之一。同种性能的转换芯片还有MC14433，但14433的输出是串行BCD码输出，因此若使用MC14433来作为电路中的转换器件的话，必然造成时序电路的复杂。由此引起的不仅仅是成本提高，而且给调试和维修都带来了一定的困难。但是由于ICL7107A/D转换芯片是用在数字万用表等直接将转换结果进行显示的场合下的，因此它只有七段显示码的输出，而没有BCD码输出。当然解决这个问题现在并不是没有办法，但现行的方法由于采用对应变换不仅线路复杂而且构成电路的价格太高，因此不宜采用。由于电路中的线性化方法是曲线存储法，因此，在这里七段码-BCD码制之间的变换无须采用对应变换方法，这样就会使得变换译码电路大大简化。附图2中的IC2为一提供负电压的振荡器。