水银电容式温度传感器及其测量电路制造技术

一种水银电容式温度传感器及其测量电路，将水银温度计做成电容式结构；水银温度计空心管Ｃａ外面包一层金属箔Ｃｄ；水银罐Ｂ２有金属部分Ｂ３，该金属部分Ｂ３使水银罐中的水银柱Ｃｃ与外面的导线Ｅ２连通，使水银柱Ｃｃ与空心管Ｃａ以及外包的金属箔Ｃｄ构成一个电容器ＣＪ；当温度变化时，水银柱Ｃｃ变化，则水银电容器ＣＪ的有效面积变化，电容容量ＣＪ变化；用积分电路将电容容量大小转换成电压量Ｖｊｆ的大小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子产品类，是一种测量温度的传感器及其测量电路。
技术介绍
现在市场上的数字式温度测量仪，其温度传感器有四种，分别是热电 阻、热敏电阻、热电偶、集成温度传感器，水银表具有稳定的测量温度性能，但无法做成数字 式温度测量仪的传感器。本专利技术的目的是解决这个问题。专利技术申请内容本专利技术是一种水银电容式温度传感器及其测量电路，简称水银电容式温度测量仪，水银温度计中，底部有一个装水银的玻璃水银罐，水银罐上面延伸一根玻璃空心管，当 温度升高时，水银膨胀，沿空心管的空心上升，水银柱的高度与温度成对应关系，本专利技术的 特征是将水银温度计做成电容式结构；水银温度计空心管Ca外面包一层金属箔Cd ；水银 罐B2有金属部分B3，该金属部分B3使水银罐中的水银柱Cc与外面的导线E2连通，使水 银柱Cc与空心管Ca以及外包的金属箔Cd构成一个电容器CT，简称水银电容器，符号和容 量均用Cj表示；当温度升高时，水银柱Cc升高，则水银电容器Cj的有效面积变大，电容容量 C/变大；当温度降低时，水银柱Cc降低，则水银电容器的有效面积变小，水银电容容量C/变 小；用测量电容的电路将电容容量大小转换成电压量、的大小，以下将、命名为电容电 压量；实施例1 数字式水银电容温度测量仪，图1和图2。①、水银电容器的原理有一个水银电容器Ct，水银电容器C底部有一个装水银的 水银罐B2，水银罐B2上面有一个可以让水银柱Cc上升的空心管Ca，空心管Ca顶部有一个 容纳空气的空气罐Bi，上述水银罐B2、空心管Ca和空气罐Bl三者内部是连通的，当温度升 高时，水银膨胀，水银柱Cc沿空心管Ca的空心Cb上升，水银柱Cc的高度与温度成对应关 系；当空心管Ca中水银柱Cc上升或下降时，空气罐Bl纳入或吐出空气，可使温度计内的气 压减小波动幅度。水银温度计空心管Ca外面包一层金属箔Cd ；水银罐B2有金属部分B3，该金属部 分B3使水银罐中的水银柱Cc与外面的导线E2连通，使水银柱Cc与空心管Ca以及外包的 金属箔Cd构成一个电容器Cj，简称水银电容器，符号和容量均用Cj表示；当温度升高时，水 银柱Cc升高，则水银电容器Cj的有效面积变大，电容容量Cj变大；当温度降低时，水银柱 Cc降低，则水银电容器的有效面积变小，水银电容容量Ct变小；上述水银罐B2、空心管Ca的几何尺寸参照普通水银温度计确定。②、测量电容器容量的工作原理测量电容器容量的电路JFQ为积分电路；称测量 电容积分电路JFQ，以下简称积分电路，将被测的水银电容器Cj作为积分电容从集成运算放 大器AJl的反相输入端Ea和输出端Eb两处接入积分电路JFQ中，积分电路的积分关系式%Vjf=~J/T^Rdt 呤积幡巾白饭碰入職細隹幢Vr細亂醒幡ff始指令下达时，一次测量包括以下步骤(1)、充当计时作用的计数器JSQ向放电开关S2开 关指令端K2发出点通(通一下，断开)放电开关S2指令，S卩，接通放电开关S2将水银电容 器&放电完成后，再断开放电开关S2，接通的时间为3 8倍时间常数； (2)、充当计时作用的计数器JSQ向Sl开关指令端Kl发出接通积分开关Sl指令，令积分器开始积分； (3)、计数器JSQ通过统计脉冲个数开始计时，固定脉冲个数就固定了积分时间，积分时间 从O到T后，得到积分电容器Cj两边的积分电压值 ；⑷、这时，计数器JSQ向Sl开关指 令端Kl发出截断积分开关Sl指令，同时，还向采样开关S3开关指令端K3发出点通(通一 下，断开)采样开关S3的指令，积分电容器C^两边的积分电压 值被采样电容C2采集； (5)、采样保持器BCQ维持采样电容C2的电压，使保持器电压vb。等于积分电压Vjf ； (6)、将 保持器电压Vbc输入模数转换器ADC后，转换成数字量Dbc。③、积分电压与温度的关系将积分时间t固定为T，积分关系式就简化为与VrTRjCj成反比的关系式 =--^r，积分电容器Cj两边的积分电压 值与被测电容器容量G大小成反比；反过来，根据电压^^值的大小即可知道积分电容器Ct的容量大小，由积分 电容器Ct的容量大小又可知道水银柱的高度，从而知道温度。④、模数转换工作原理这是已有技术，不进行详细介绍，仅指出图2中是将电容 电压Vjf输入保持器，成为保持器电压Vbc，输入模数转换器ADC后，转换成数字量Dbc，再 送到数码显示器SMXS中显示。实施例2 多档位数字式水银电容温度测量仪，图1和图3。在实施例1的基础上，增加了以下内容⑤、本实施例中，调节所述积分电路的图3中，画了四路多路开关DLKG，由两位控 制信号IA1控制，实际电路可以是2路、4路、8路、16路多路开关DLKG，构成多档位的档位 电阻，分别由1位、2位、3位、4位控制信号进行控制，控制信号由档位计数器DWJS的计数信 号经过编码器BM编码后发出；⑥、积分电路调节量程的原理图3中仅画出四档位(即Rl、R2、R3、R4构成的四 档)，实际应用可以为任意整数个档位的量程(即R1、R2、…构成的多档)。积分电阻Rt在附图上并没有画出，因为Rt并不是一个单独的电阻，而是选择等于 所有档位电阻R1、R2、R3……中的某一个，而R1、R2、R3……具有不同的档位，称档位电阻，设 定Rl < R2 < R3……，通过多路开关DLKG，可以令&分别等于R1、R2、R3……，即调节积分 电阻Rt的档位，就可以实现对积分时间常数的档位选择，以调节积分电路的量程；RT*CT为 时间常数，Rj越大则时间常数越大，向C^充电时间越长；假设Rj调节以十进制为档位，令1000*R1 = 100*R2 = 10*R3 = R4，Vbc的范围为 (0 Vmax)，将其划分为 11 等分，记为(0、V1F、V2F、V3F、……、V9F、VAF、VBF = Vmax)，其中，Vif 和Vaf分别称为“下门坎值”和“上门坎值”，当Vbc < Vif时，Vbc电压值太小，Rj就下调一 个档位，重新测量后，会加大Vbc电压值；当Vbc > Vaf时，Vbc电压值太大，&就上调一个 档位，重新测量后，会减小Vbc电压值。例如，首先假定Rj = R2，当Vbc < Vif时，就下调一VrT个档位以减小量程，令& = R1，根据"1V可知，Rt减小导致、变大，Vbc =、，所以Vbc值就会变大；同样，当Vbc > Vaf时，就上调一个档位以加大量程，令Rj = R3，Vbc值 就会变小；⑦、调节积分电阻Rj档位的逻辑步骤(1)、将保持器电压Vbc输入模数转换器ADC后，转换成数字量Dbc，将与Vbc的下门坎值Vif相对应的数字量定义为Dif ’与Vbc的上门坎值Vaf相对应的数字量定义为Daf ； (2)、将模数转换器ADC输出的值送到门坎比较器MKBJ中进行比较，输出数字量有 三种情况，其一是Dif < Dbc < Daf，Dbc在上下门坎值之间，测量有效；其二是Dbc > Daf, Dbc 超出上门坎值，测量无效，向档位计数器DWJS发出加大档位信号，并且发出重新测量指令； 其三是Dbc < Dif，Dbc低于下门坎值，测量无效，向档位计数器DWJS发出减小本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水银电容式温度传感器及其测量电路，简称水银电容式温度计，水银温度计中，底部有一个装水银的玻璃水银罐，水银罐上面延伸一根玻璃空心管，当温度升高时，水银膨胀，沿空心管的空心上升，水银柱的高度与温度成对应关系，本专利技术的特征是：将水银温度计做成电容式结构；水银温度计空心管外面包一层金属箔；水银罐有金属部分，该金属部分使水银罐中的水银柱与外面的导线连通，使水银柱与空心管以及外包的金属箔构成一个电容器，简称水银电容器；当温度升高时，水银柱升高，则水银电容器的有效面积变大，电容容量变大；当温度降低时，水银柱降低，则水银电容器的有效面积变小，水银电容容量变小；用测量电容的电路将电容容量大小转换成电压量的大小。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈启星，
申请(专利权)人：陈启星，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]