熱電阻實驗模塊和工程教學實驗系統的製作方法
2023-09-18 04:54:20
專利名稱：熱電阻實驗模塊和工程教學實驗系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種教學實驗用具，尤其涉及一種熱電阻實驗模塊。
背景技術：
目前很多高校的工程教學類實驗儀器功能固定，多採用儀表、單片機等元件，難以與計算機相連，多數設備缺乏擴展性，某些現有的可以實現模塊化的工程教學類實驗儀器， 顯示方面主要靠儀錶盤，整體體積較大。
實用新型內容針對目前工程教學類實驗儀器整體體積較大的問題，本實用新型提供一種熱電阻實驗模塊和工程教學實驗系統，能夠有效的減小整體實驗儀器的體積。一種熱電阻實驗模塊，包括用於提供分壓和調整恆流源輸出電流大小的電阻的備選電阻模塊、恆流源法測量模塊和/或分壓法測量模塊，以及用於識別熱電阻實驗模塊的移位寄存器，恆流源法測量模塊用於為待測熱電阻提供恆定電流，分壓法測量模塊用於與備選電阻模塊中的電阻組成串聯電路，移位寄存器、恆流源法測量模塊以及分壓法測量模塊均與外部的工程教學實驗平臺相連。進一步地，恆流源法測量模塊包括運算放大器、用於外接電阻的一對第一電阻連接端以及用於外接待測熱電阻的一對第一熱電阻連接端，運算放大器包括正極輸入端、負極輸入端和放大信號輸出端；負極輸入端和放大信號輸出端與一對第一熱電阻連接端並聯，正極輸入端與外部的電源模塊相連，一對第一電阻連接端的一端接地，另一端與負極輸入端相連。進一步地，分壓法測量模塊包括用於外接電阻的一對第二電阻連接端以及用於外接待測熱電阻一對第二熱電阻連接端，一對第二電阻連接端串接在外部電源與所述一對第二熱電阻連接端的一端之間，一對第二熱電阻連接端的另一端接地。進一步地，所述備選電阻模塊包括至少一個電阻，每個電阻的兩端設置有一對第三電阻連接端；第三電阻連接端和第一電阻連接端或第二電阻連接端通過杜邦線建立電連接。進一步地，備選電阻模塊包括多個組織各不相同的電阻。進一步地，移位寄存器為SN74HC16 。一種工程教學實驗系統,包括如上所述的熱電阻實驗模塊，以及工程教學實驗平臺；工程教學實驗平臺包括信號輸入輸出接口模塊和電源模塊，熱電阻實驗模塊與信號輸入輸出接口模塊和電源模塊可插拔式電連接。進一步地，信號輸入輸出接口模塊包括通信通道端以及模擬信號端，模擬信號端與一對第一熱電阻連接端和第二熱電阻連接端相連，通信通道與移位寄存器相連，移位寄存器與電源模塊相連。[0014]進一步地，熱電阻實驗模塊還包括用於顯示電源模塊工作狀態的指示電路，指示電路與電源模塊連接。進一步地，指示電路包括第四電阻以及發光二極體，發光二極體的陽極與第四電阻的一端相連，第四電阻的另一端和發光二極體的陰極均與所述電源模塊相連。本實用新型提供的一種熱電阻實驗模塊和工程教學實驗系統，通過將實驗模塊搭載在工程教學實驗平臺上，能夠有效的減小整體實驗儀器的體積。
圖I為本實用新型提供的熱電阻實驗模塊的結構示意圖。 圖2為本實用新型提供的工程教學實驗系統的結構示意圖。圖3為本實用新型提供的工程教學實驗系統一種實施例的電路原理圖。圖4為本實用新型提供的工程教學實驗系統另一實施例的電路原理圖。
具體實施方式
下面參照附圖來說明本實用新型的實施例。在本實用新型的一個附圖或一種實施方式中描述的元素和特徵可以與一個或者更多個其他附圖或實施方式中示出的元素和特徵相結合。應當注意，為了清楚目的，附圖和說明中省略了與本實用新型無關的、本領域普通技術人員已知的部件和處理的表示和描述。熱電阻(Resistance Temperature Detector),是由感溫材料製成的電阻,利用該電阻，可以將溫度的測量轉換為電阻阻值的測量。如圖I所示，一種熱電阻實驗模塊20，包括用於提供分壓和調整恆流源輸出電流大小的電阻的備選電阻模塊204、恆流源法測量模塊202和/或分壓法測量模塊201，以及用於識別熱電阻實驗模塊20的移位寄存器203，恆流源法測量模塊202用於為待測熱電阻提供恆定電流，分壓法測量模塊201用於與備選電阻模塊204中的電阻組成串聯電路，移位寄存器203、恆流源法測量模塊202以及分壓法測量模塊201均與外部的工程教學實驗平臺相連。如圖4所示，恆流源法測量模塊202包括運算放大器Q、用於外接電阻的一對第一電阻連接端205以及用於外接待測熱電阻的一對第一熱電阻連接端206，運算放大器Q包括正極輸入端、負極輸入端和放大信號輸出端，負極輸入端和放大信號輸出端與一對第一熱電阻連接端206並聯,正極輸入端與外部的電源模塊相連，一對第一電阻連接端205的一端接地，另一端與負極輸入端相連。如圖3所示，分壓法測量模塊201包括用於外接電阻的一對第二電阻連接端207以及用於外接待測熱電阻一對第二熱電阻連接端208，一對第二電阻連接端207串接在外部電源與一對第二熱電阻連接端208的一端之間，一對第二熱電阻連接端208的另一端接地。待測熱電阻可以是任意型號和材質的熱電阻，例如，可以是PT100電阻和/或PT1000電阻。PT100電阻即為以金屬鉬為材料且在0°C下標稱阻值為100歐的電阻，同理，PT1000電阻為以金屬鉬為材料且在0°C下標稱阻值為1000歐的電阻。PT100電阻和PT1000電阻的溫度與阻值之間的關係如下[0028]在-19(TC (TC範圍內Rt=RQ[l+At+Bt2+C(t-100)t3]；在(TC"630. 755°C範圍內Rt = Rtl(1+At+Bt2)。其中，Rt與Rtl分別為t°C下和(TC下的電阻值，A、B、C為常數。針對PT100電阻和 PT1000 電阻，常數 A、B、C 的取值可以是Α=3· 92847 X 1(Γ3/ V，Β=_6 X 1(Γ7/ V，C=-4. 22 X IO^1V0C ο優選地，備選電阻模塊204包括至少一個電阻，每個電阻的兩端設置有一對第三電阻連接端209 ;—對第三電阻連接端209和第一電阻連接端205或第二電阻連接端207通過杜邦線建立電連接。優選地，備選電阻模塊204包括阻值不同的多個電阻，例如，可包括200歐、300歐、 500歐、Ik歐、2k歐電阻的一種或多種。當待測熱電阻為PT100電阻時，可優選阻值為200歐、300歐或500歐的電阻來接入恆流源法測量模塊或分壓法測量模塊；當待測熱電阻為PT1000電阻時，可優選阻值為Ik歐或2k歐的電阻來接入恆流源法測量模塊或分壓法測量模塊。優選地，移位寄存器203為SN74HC16 單片機。如圖2所述,一種工程教學實驗系統,包括如上所述的熱電阻實驗模塊20，以及工程教學實驗平臺10 ；工程教學實驗平臺10包括信號輸入輸出接口模塊101和電源模塊102，熱電阻實驗模塊20與信號輸入輸出接口模塊101和電源模塊102可插拔式電連接。信號輸入輸出接口模塊101包括通信通道端以及模擬信號端，模擬信號端與一對第一熱電阻連接端206和一對第二熱電阻連接端208相連，通信通道端與移位寄存器203相連，移位寄存器203與電源模塊102相連，模擬信號端通過第一熱電阻連接端206或第二熱電阻連接端208採集待測熱電阻兩端的電壓。熱電阻實驗模塊20還包括用於顯示電源模塊102工作狀態的指示電路210，指示電路210與電源模塊102連接。指示電路210包括第四電阻R4以及發光二極體LED，發光二極體LED的陽極與第四電阻R4的一端相連，第四電阻R4的另一端和發光二極體LED的陰極均與電源模塊102相連。以下通過具體實施例進一步說明本實用新型的工作原理。 實驗時，熱電阻實驗模塊20插到工程教學實驗平臺10對應的插槽內，發光二極體LED點亮，表示熱電阻實驗模塊20正常工作。採用圖3的連接方式，通過分壓法測量從備選電阻模塊204中選擇一個電阻，將兩端的一對第三電阻連接端209通過杜邦線與第二電阻連接端207建立連接，電源模塊102提供固定的電壓Vcc，從備選電阻模塊204中選擇的用於分壓電阻，並從第二熱電阻連接端208接入待測量的熱電阻，從而使得從備選電阻模塊204中選擇的電阻與待測量的熱電阻形成串聯電路。流經該串聯電路的電流i= (Vcc-Vt)/Ri，其中Vt為熱電阻兩端的電壓，Ri為從備選電阻模塊204中選擇的電阻的阻值。因此，可得到熱電阻的阻值為Rt=Vt/i=VtRi/(Vcc-Vt)0通過測量Vt的值(例如通過虛擬儀器測量Vt的值)，再根據熱電阻的阻值與溫度之間的關係，即可計算得出當前的溫度值。在一種實施方式中，例如可以用萬用表測得Vcc的值。[0043]信號輸入輸出接口模塊101通過虛擬儀器設備與計算機相連(圖中未示出)，信號輸入輸出接口模塊101中的模擬信號端與一對第二熱電阻連接端208相連，通信通道與移位寄存器203相連，虛擬儀器通過移位寄存器203識別當前工作的熱電阻實驗模塊20，將待測的熱電阻與第二熱電阻連接端208連接，虛擬儀器設備通過第二熱電阻連接端208測量熱電阻兩端的電壓，溫度改變，則採集到的電壓信號也改變，虛擬儀器設備通過熱電阻兩端的電壓、電源模塊102提供的電壓以及備選電阻的阻值計算出熱電阻的阻值，並在計算機上顯示。採用如圖4的連接方式，通過恆流源法測量將熱電阻並接在運算放大器Q負極輸入端與放大信號輸出端兩端的第一熱電阻連接端206上,備選電阻模塊204中選擇其中一個電阻，將兩端的第三電阻連接端209通過杜邦線與第一電阻連接端205建立連接，電源模 塊102提供固定的電壓Vcc，此處從備選電阻模塊204中選擇的電阻用於調整恆流源輸出電流的大小。此時,流經熱電阻的電流為i=Vcc/Ri (Ri為從備選電阻模塊204中選擇的電阻的阻值)。通過電壓測量模塊測量熱電阻兩端的電壓Vt，即可得到熱電阻的阻值Rt=Vt/i=VtRi/Vcc0再根據熱電阻的阻值與溫度之間的關係，即可計算得出當前的溫度值。在一種實施方式中，例如可以用萬用表測得Vcc的值。測量過程中電流保持不變，溫度改變，熱電阻兩端的電壓信號也改變，虛擬儀器設備通過第一熱電阻連接端206或第二熱電阻連接端208測量熱電阻兩端的電壓，虛擬儀器設備通過熱電阻兩端的電壓和電流計算出熱電阻的阻值，並在計算機上顯示。本實用新型提供的一種熱電阻實驗模塊和工程教學實驗系統，熱電阻實驗模塊搭載在工程教學實驗平臺上，能夠有效的減小整體實驗儀器的體積。雖然已經詳細說明了本實用新型及其優點，但是應當理解在不超出由所附的權利要求所限定的本實用新型的精神和範圍的情況下可以進行各種改變、替代和變換。而且，本申請的範圍不僅限於說明書所描述的過程、設備、手段、方法和步驟的具體實施例。本領域內的普通技術人員從本實用新型的公開內容將容易理解，根據本實用新型可以使用執行與在此所述的相應實施例基本相同的功能或者獲得與其基本相同的結果的、現有和將來要被開發的過程、設備、手段、方法或者步驟。因此，所附的權利要求旨在在它們的範圍內包括這樣的過程、設備、手段、方法或者步驟。
權利要求1.ー種熱電阻實驗模塊，其特徵在於，所述熱電阻實驗模塊包括用於提供分壓和調整恆流源輸出電流大小的電阻的備選電阻模塊、恆流源法測量模塊和/或分壓法測量模塊，以及用於識別所述熱電阻實驗模塊的移位寄存器； 所述恆流源法測量模塊用於為待測熱電阻提供恆定電流； 所述分壓法測量模塊用於與備選電阻模塊中的電阻組成串聯電路； 所述移位寄存器、所述恆流源法測量模塊以及分壓法測量模塊均與外部的工程教學實驗平臺相連。
2.根據權利要求I所述的熱電阻實驗模塊，其特徵在於，所述恆流源法測量模塊包括運算放大器、用於外接電阻的ー對第一電阻連接端以及用於外接待測熱電阻的ー對第一熱電阻連接端； 所述運算放大器包括正極輸入端、負極輸入端和放大信號輸出端； 所述負極輸入端和所述放大信號輸出端與所述ー對第一熱電阻連接端並聯，所述正極輸入端與外部的電源模塊相連，所述ー對第一電阻連接端的一端接地，另一端與所述負極輸入端相連。
3.根據權利要求2所述的熱電阻實驗模塊，其特徵在於，所述分壓法測量模塊包括用於外接電阻的ー對第二電阻連接端以及用於外接待測熱電阻ー對第二熱電阻連接端； 所述ー對第二電阻連接端串接在外部電源與所述ー對第二熱電阻連接端的一端之間，所述ー對第二熱電阻連接端的另一端接地。
4.根據權利要求3任一所述的熱電阻實驗模塊，其特徵在於，所述備選電阻模塊包括至少ー個電阻，每個電阻的兩端設置有ー對第三電阻連接端； 所述第三電阻連接端和所述第一電阻連接端或第二電阻連接端通過杜邦線建立電連接。
5.根據權利要求4所述的熱電阻實驗模塊，其特徵在於所述備選電阻模塊包括多個阻值各不相同的電阻。
6.根據權利要求I所述的熱電阻實驗模塊，其特徵在於，所述移位寄存器為SN74HC165D。
7.—種工程教學實驗系統，其特徵在於，所述工程教學實驗系統包括 如權利要求I至6任一所述的熱電阻實驗模塊，以及工程教學實驗平臺； 所述工程教學實驗平臺包括信號輸入輸出接ロ模塊和電源模塊，所述熱電阻實驗模塊與所述信號輸入輸出接ロ模塊和所述電源模塊可插拔式電連接。
8.根據權利要求7所述的工程教學實驗系統，其特徵在於，所述信號輸入輸出接ロ模塊包括通信通道端以及模擬信號端； 所述模擬信號端與所述第一熱電阻連接端和第二熱電阻連接端相連，所述通信通道端與所述移位寄存器相連，所述移位寄存器與所述電源模塊相連。
9.根據權利要求7所述的工程教學實驗系統，其特徵在於，所述熱電阻實驗模塊還包括用於顯示所述電源模塊工作狀態的指示電路，所述指示電路與所述電源模塊連接。
10.根據權利要求9所述的工程教學實驗系統，其特徵在於，所述指示電路包括第四電阻以及發光二極體，所述發光二極體的陽極與第四電阻的一端相連，所述第四電阻的另ー端和所述發光二極體的陰極均與所述電源模塊相連。
專利摘要本實用新型提供一種熱敏電阻實驗模塊和工程教學實驗系統，其中熱敏電阻實驗模塊包括用於提供分壓和調整恆流源輸出電流大小的電阻的備選電阻模塊、恆流源法測量模塊和/或分壓法測量模塊，以及用於識別熱敏電阻實驗模塊的移位寄存器，恆流源法測量模塊用於為待測熱敏電阻提供恆定電流，分壓法測量模塊用於與備選電阻模塊中的電阻組成串聯電路，移位寄存器、恆流源法測量模塊以及分壓法測量模塊均與外部的工程教學實驗平臺相連，本實用新型通過將實驗模塊搭載在工程教學實驗平臺上，能夠有效的減小整體實驗儀器的體積。
文檔編號G09B23/18GK202650371SQ20122022205
公開日2013年1月2日 申請日期2012年5月16日 優先權日2012年5月16日
發明者李興越, 劉熠, 陳婷 申請人:北京泛華恆興科技有限公司