低温液介质的温度检测系统和温度变送器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种低温液介质的温度检测系统和温度变送器，该系统包括温度变送器和检测装置；温度变送器包括：温敏元件；恒流源，为温敏元件提供恒定电流；ADC器件，用于检测温敏元件的模拟电压信号并转换为数字电压信号后输出；线性补偿单元，用于接收数字电压信号，并根据当前接收的数字电压信号，以及预存的恒流源的输出电流计算出温敏元件的当前阻值；根据预存的温敏元件的阻值与温度值之间的关系，计算出当前阻值所对应的温度值；根据计算出的温度值和预设的线性参数计算出数字电流信号进行输出；DAC器件，用于接收线性补偿单元输出的数字电流信号并转换为模拟电流信号后输出。本发明的技术方案可以检测15-370K的温度。
【专利说明】低温液介质的温度检测系统和温度变送器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及低温介质温度测量领域，尤其涉及一种低温液介质的温度检测系统和 温度变送器。
【背景技术】
[0002] 随着技术的发展，人工降雨火箭等使用火箭发动机的飞行器，已经采用较为清洁 的液氢（液氢温区为18-22K)、液氧（液氧温区为88-92K)等低温液介质作为推进剂。在飞 行器发射之前，需要向其注入推进剂并测量注入时推进剂的温度，用以判别推进剂的品质。
[0003] 在飞行器加注推进剂之前，需要向待注入推进剂的管路中加注液氮（液氮温区为 75-79K)进行调试，通过测试液氮的温度来判断管路的密封性能、绝热性能等。
[0004] 目前，一种测量飞行器管路中低温液介质（推进剂或者液氮）温度的温度变送器 的电路结构的框架示意图，如图1所示，包括：温敏元件101、恒流源102、ADC (Analog to Digital Converter，模数转换器）器件 103、DAC (Digital to Analog Converter，数模转 换器）器件104。温敏元件101紧贴于被测管路，温敏元件101的接地端、非接地端分别接 地、与恒流源102的输出端相连；ADC器件103的输入端、输出端分别连接到温敏元件101的 非接地端、DAC器件104的输入端。温度变送器之外的其它需要获取推进剂或者液氮温度 的设备和装置，则都与DAC器件104的输出端电连接。
[0005] 然而，本发明的发明人发现，目前测试推进剂中液氢的温度变送器可以测量的温 度范围为18-30K，测试液氮的温度变送器可以测量的温度范围为30-79K ;显然，目前需要 不同的温度变送器分别测量液氮、液氢的温度。
[0006] 而且，现有的温度变送器中的温敏元件101，从液氢温区到液氮温区，其电阻值随 温度的变化是非线性的，导致ADC器件103采集到的电压、以及DAC器件104最终输出的电 流都是随温度非线性变化的。也就是说，现有的温度变送器根据在液氮调试阶段测得的液 氮温区的温度-输出电流曲线，无法推导出推进剂加注阶段的液氢温区的温度-输出电流 曲线，从而无法在液氮调试阶段检测出测量液氢的温度变送器是否失效。
[0007] 因此，有必要提供一种低温液介质的温度检测系统和温度变送器，以一个温度变 送器即可测量从液氢温区到液氮温区的温度，并且在液氮调试阶段即可检测出该温度变送 器在液氢温区是否失效。
【发明内容】
[0008] 针对上述现有技术存在的缺陷，本发明提供了 一种低温液介质的温度检测系统和 温度变送器，以一个温度变送器即可测量从液氢温区到液氮温区的温度，并且在液氮调试 阶段即可检测出该温度变送器在液氢温区是否失效。
[0009] 根据本发明技术方案的一个方面，提供了一种低温液介质的温度检测系统，包 括：
[0010] 温度变送器，用于检测低温液介质的加注管路的温度，并输出与检测的温度具有 线性关系的模拟电流信号；
[0011] 检测装置，用于检测所述温度变送器输出的模拟电流信号，并转换为相应的数字 电流信号后，将所述数字电流信号经过预设的线性参数计算得到所述加注管路的温度值进 行显示；
[0012] 其中，所述温度变送器具体包括：
[0013] 与所述加注管路热接触的温敏元件；
[0014] 恒流源，为所述温敏元件提供恒定电流；
[0015] ADC器件，用于检测所述温敏元件的模拟电压信号，并转换为数字电压信号后输 出；
[0016] 线性补偿单元，用于接收所述ADC器件输出的数字电压信号，并根据当前接收的 数字电压信号，以及预存的所述恒流源的输出电流计算出所述温敏元件的当前阻值；根据 预存的所述温敏元件的阻值与温度值之间的关系，计算出所述当前阻值所对应的温度值； 根据计算出的温度值和所述预设的线性参数计算出数字电流信号进行输出；
[0017] DAC器件，用于接收所述线性补偿单元输出的数字电流信号，并转换为相应的模拟 电流信号后输出。
[0018] 较佳地，所述预存的所述温敏元件的阻值与温度值之间的关系，具体为：
[0019] 反映所述温敏元件的阻值与温度值之间的关系的分段线性公式；或者，
[0020] 包括多对对应的温敏元件的阻值与温度值的对应关系表格。
[0021] 较佳地，所述根据计算出的温度值和所述预设的线性参数计算出数字电流信号进 行输出，具体为：
[0022] 对于计算出的温度值T，根据如下公式1计算出T对应的数字电流信号I :
[0023]
【权利要求】
1. 一种低温液介质的温度检测系统，其特征在于，包括： 温度变送器，用于检测低温液介质的加注管路的温度，并输出与检测的温度具有线性 关系的模拟电流信号； 检测装置，用于检测所述温度变送器输出的模拟电流信号，并转换为相应的数字电流 信号后，将所述数字电流信号经过预设的线性参数计算得到所述加注管路的温度值进行显 示； 其中，所述温度变送器具体包括： 与所述加注管路热接触的温敏元件； 恒流源，为所述温敏元件提供恒定电流； ADC器件，用于检测所述温敏元件的模拟电压信号，并转换为数字电压信号后输出； 线性补偿单元，用于接收所述ADC器件输出的数字电压信号，并根据当前接收的数字 电压信号，以及预存的所述恒流源的输出电流计算出所述温敏元件的当前阻值；根据预存 的所述温敏元件的阻值与温度值之间的关系，计算出所述当前阻值所对应的温度值；根据 计算出的温度值和所述预设的线性参数计算出数字电流信号进行输出； DAC器件，用于接收所述线性补偿单元输出的数字电流信号，并转换为相应的模拟电流 信号后输出。
2. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预存的所述温敏元件的阻值与温度值 之间的关系，具体为： 反映所述温敏元件的阻值与温度值之间的关系的分段线性公式；或者， 包括多对对应的温敏元件的阻值与温度值的对应关系表格。
3. 如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述根据计算出的温度值和所述预设的 线性参数计算出数字电流信号进行输出，具体为： 对于计算出的温度值T，根据如下公式1计算出T对应的数字电流信号I :
其中，Tmin、Tmax*别表示预设温度检测范围内的最低、最高温度；Imin、I max分别表示预 设电流输出范围内的最小、最大数字电流信号；所述预设的线性参数包括
和
4. 如权利要求1-3任一所述的系统，其特征在于，所述当前阻值所对应的温度值的上、 下限具体分别为15K、370K ;以及 所述数字电流信号的上、下限具体分别为4mA、20mA。
5. 如权利要求1-3任一所述的系统，其特征在于，所述ADC器件具体为高输入阻抗的 ADC器件；以及 所述温敏元件的一端通过电源线接地，另一端通过电源线与所述恒流源的输出端相 连； 所述ADC器件的两个差分输入端分别通过信号线连接到所述温敏元件的两端。
6. -种温度变送器，其特征在于，包括：与所述加注管路热接触的温敏元件、为所述温 敏元件提供恒定电流的恒流源，以及用于检测所述温敏元件的模拟电压信号并转换为数字 电压信号输出的ADC器件；其特征在于，还包括： 线性补偿单元，用于接收所述ADC器件输出的数字电压信号，并根据当前接收的数字 电压信号，以及预存的所述恒流源的输出电流计算出所述温敏元件的当前阻值；根据预存 的所述温敏元件的阻值与温度值之间的关系，计算出所述当前阻值所对应的温度值；根据 计算出的温度值和所述预设系数计算出数字电流信号进行输出； DAC器件，用于接收所述线性补偿单元输出的数字电流信号，并转换为相应的模拟电流 信号后输出。
7. 如权利要求6所述的温度变送器，其特征在于，所述预存的所述温敏元件的阻值与 温度值之间的关系，具体为： 反映所述温敏元件的阻值与温度值之间的关系的分段线性公式；或者， 包括多对对应的温敏元件的阻值与温度值的对应关系表格。
8. 如权利要求6或7所述的温度变送器，其特征在于，所述根据计算出的温度值和所述 预设的线性参数计算出数字电流信号进行输出，具体为： 对于计算出的温度值T，根据如下公式1计算出T对应的数字电流信号I :
其中，Tmin、Tmax*别表示预设温度探测范围内的最低、最高温度；Imin、I max分别表示预 设电流输出范围内的最小、最大数字电流信号；所述预设的线性参数包括1
和
9. 如权利要求6-8任一所述的温度变送器，其特征在于，所述当前阻值所对应的温度 值的上、下限具体分别为15K、370K ;以及 所述数字电流信号的上、下限具体分别为4mA、20mA。
10. 如权利要求6-8任一所述的温度变送器，其特征在于，所述ADC器件具体为高输入 阻抗的ADC器件；以及 所述温敏元件的一端通过电源线接地，另一端通过电源线与所述恒流源的输出端相 连； 所述ADC器件的两个差分输入端分别通过信号线连接到所述温敏元件的两端。
【文档编号】G01K7/22GK104155025SQ201410357113
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月24日 优先权日:2014年7月24日
【发明者】袁学飞, 黄玲艳, 李木, 雷达理, 周绍志, 李春林, 张波, 刘忠明, 张雷杰, 王嵩, 徐浩 申请人:北京航天发射技术研究所, 中国运载火箭技术研究院