一种二极管温度变送器及其变送方法与流程

本发明涉及低温测量技术领域，具体涉及一种二极管温度变送器及其变送方法。

背景技术：

目前，低温技术广泛用于工农业生产、国防建设、生物医学及科学研究等各个方面。低温技术所涉及的温度领域一般定义为120K以下。在低温制冷机研制过程中，制冷机冷头温度与制冷功率是衡量制冷机性能的关键因素，因此对于温度的测量极为严格。

现有的温度变送器采用热电偶传感器或者铂电阻传感器作为测温元件，从测温元件输出信号送到变送器模块，经过稳压滤波、运算放大、非线性校正、V/I转换、恒流及反向保护等电路处理后，转换成与温度成线性关系的4～20mA电流信号，连接到二次仪表上，从而显示出对应的温度。对于以铂电阻传感器为测温元件的温度变送器来说，铂电阻的标准曲线最低到70K。随着温度的降低，温度漂移越来越剧烈，无法满足使用要求，因此70K以下使用铂电阻测温时变送器是无法使用的。现有技术可参照公开号为104833438A的中国发明专利《温度变送器》。对于以热电偶传感器为测温元件的温度变送器来说，热偶使用时要进行实时校正，因为热偶的整条线在有温差的环境中会对输出电压产生影响。不同的导线组成，结点甚至拉伸力都会对温度的显示产生影响。在测量低温时温度变送器需要进行冷端补偿，用于冷端补偿的冷端补偿器，其结构比较复杂，会直接影响到采集精度。现有技术可参照公开号为102661814A的中国发明专利《一种热电偶温度变送器及实现方法》。

二极管传感器测量低温时有很好的一致性与重复性，如图1至图2所示。其非标定的标准曲线最低可以测量到1.4K的温度。但是，目前没有与二极管传感器配套使用的温度变送器。使用二极管传感器作为测温元件时，需要使用通用的数据采集仪对测温元件输出的信号进行处理。通用的数据采集仪，其包括用于连接多个检测仪器并实现数据采集的RS232与RS485串口、用于数据输出的USB接口、接网线的RJ45接口、用于视频输出及音频输出VGA结构、用于现场组网的WIFI模块、数据存储空间、触摸屏等等。由此可知，通用的数据采集仪具有多种功能。但其缺点是：体积大，需要足够的安装空间；结构复杂，成本高。

总的来说，现有技术中用于低温测量的温度变送器不能满足使用要求。其存在的缺点：第一，以热电偶传感器或铂电阻传感器作为测温元件的温度变送器不能变送低于70K以下的温度值；第二，以热电偶传感器作为测温元件的温度变送器需要进行冷端补偿，从而直接影响到采集精度；第三，通用的数据采集仪的功能复杂、成本高、体积大。

技术实现要素：

本发明针对现有的技术问题作出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种二极管温度变送器，该变送器将二极管传感器的电信号转变成数字信号并输出，该变送器的结构简单、体积小、成本低、不需要进行冷端补偿。为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：

一种二极管温度变送器，其通过电源供电并连接二极管传感器，该变送器包括电压基准模块、ADC模块、主处理器、存储器和通讯模块；

所述电压基准模块为高精度电压源，用于提供基准电压；

所述ADC模块连接电压基准模块同时采集二极管传感器的电压信号，将电信号转变成数字信号；

所述主处理器连接所述ADC模块，完成所有数据的运算处理、任务调度与控制输出；

所述存储器连接主处理器，用于存储运算过程中数据；

所述通讯模块连接所述主处理器，用于将主处理器的数据进行传输和输出。

进一步，还包括恒流源模块，所述恒流源模块连接所述二极管传感器，用于提供二极管传感器工作时的恒定电流。

进一步，所述ADC模块为16位精度的A/D转换器。

进一步，所述ADC模块与所述二极管传感器的接口采用四线制单通道或者两线制双通道形式。

进一步，所述二极管传感器为硅二极管传感器。

在上述技术方案中，以二极管传感器作为测温元件，通过所述的二极管温度变送器将该二极管传感器的电信号转变成数字信号并输出。根据二极管传感器测量低温的电特性可知，所述的二极管温度变送器最低可以采集到1.4K的温度值。同时，所述的二极管温度变送器功能单一、结构简单、体积小、不需要进行冷端补偿，避免了冷端补偿对采集精度的影响。进一步，所述ADC模块与所述二极管传感器的接口采用四线制单通道或者两线制双通道形式。可根据不同的使用要求进行选择。通过有16位精度的A/D转换器以及硅二极管传感器的选择，进一步提高采集精度。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种二极管温度变送器的变送方法，包括以下步骤：

步骤一：所述ADC模块采集二极管传感器的电信号和电压基准模块的基准电压信号；

步骤二：所述ADC模块将所述电信号转变成数字量；

步骤三：所述主处理器对所述数字量进行运算并得到运算结果，运算过程中的相关数据由所述存储器存储；

步骤四：所述运算结果通过通讯模块进行输出。

本发明具有的有益效果：

1.本发明所述的二极管温度变送器以二极管传感器作为测温元件，将该测温元件的电信号转变成数字信号并输出。

2.本发明所述的二极管温度变送器对温度值的采集精度高。

3.本发明所述的二极管温度变送器，其针对二极管传感器使用，功能单一、结构简单、体积小、不需要进行冷端补偿。

附图说明

图1为二级管传感器的温度-电压曲线。

图2为二级管传感器的温度-灵敏度曲线。

图3为本发明的功能示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图，对本发明做进一步说明。

如图3所示，本发明的具体实施方式，一种二极管温度变送器，其通过电源供电并连接二极管传感器。该变送器包括电压基准模块、ADC模块、主处理器、存储器、通讯模块和恒流源模块。

所述二极管传感器为硅二极管传感器。

所述电压基准模块为高精度电压源，用于提供基准电压。

所述ADC模块连接电压基准模块同时采集二极管传感器的电压信号，将电信号转变成数字信号。该ADC模块为16位精度的A/D转换器。

所述主处理器连接所述ADC模块，完成所有数据的运算处理、任务调度与控制输出。

所述存储器连接主处理器，用于存储运算过程中数据。

所述通讯模块，连接所述主处理器，用于将主处理器的数据进行传输和输出。

所述恒流源模块连接所述二极管传感器，用于提供二极管传感器工作时的恒定电流。

本发明还提供一种二极管温度变送器的变送方法，包括以下步骤：

步骤一：所述ADC模块采集二极管传感器的电信号和电压基准模块的基准电压信号；

步骤二：所述ADC模块将所述电信号转变成数字量；

步骤三：所述主处理器对所述数字量进行运算并得到运算结果，运算过程中的相关数据由所述存储器存储；

步骤四：所述运算结果通过通讯模块进行输出。

本实施方式的特点：

1.本实施方式所述的二极管温度变送器以二极管传感器作为测温元件，将该测温元件的电信号转变成数字信号并输出。实验表明，该二极管温度变送器温度变送范围为1.4K～500K。由此可知，其变送的温度值最低为1.4K。

2.本实施方式所述的二极管温度变送器，其针对二极管传感器使用，功能单一、结构简单、体积小、成本低、不需要进行冷端补偿。

3.本实施方式所述的二极管温度变送器对温度值的采集精度高。

上述所有的实施例仅用来说明本发明的原理，不用来限制本发明的范围。对本发明还可以作出其他的变化，这些变化仍落在本发明的保护范围内。