專利名稱：一種海水溫度測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于海洋工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于鉬熱電阻傳感器的高穩(wěn)定 性海水溫度測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
海水溫度是反映海水熱狀況的一個(gè)物理量，也是海洋水文狀況監(jiān)測(cè)中最重要的因 子之一，常作為研究水團(tuán)性質(zhì)，描述水團(tuán)運(yùn)動(dòng)的基本指標(biāo)。目前測(cè)量海水溫度的探頭主要有 熱敏電阻、鉬熱電阻和熱電偶。熱電偶主要在高溫測(cè)溫條件下具有優(yōu)勢(shì)，如熱液噴口附近的 溫度傳感主要采用熱電偶測(cè)溫原理設(shè)計(jì)，但熱電偶溫度計(jì)在海水常規(guī)溫度測(cè)溫范圍內(nèi)精度 不高。熱敏電阻與鉬電阻的精度基本在同一個(gè)量級(jí)，其中熱敏電阻成本低、易于制作，而鉬 電阻的線性度較好，穩(wěn)定性更強(qiáng)，但由于阻值較小，需要復(fù)雜的調(diào)理電路而顯得設(shè)計(jì)成本較 高。目前國(guó)內(nèi)外CTD剖面儀內(nèi)的溫度傳感器廣泛采用熱敏電阻，該方法穩(wěn)定性有所欠缺，測(cè) 溫頻率與溫度值之間的標(biāo)定公式復(fù)雜。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有海水溫度測(cè)量電路的不足，提供一種針對(duì)海水常規(guī) 測(cè)溫范圍(_2°C 30°C )基于鉬熱電阻的高穩(wěn)定性海水溫度測(cè)量裝置。本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是一種海水溫度測(cè)量裝置，包括，非平衡電橋電路單元、恒流源產(chǎn)生電路單元、電壓 跟隨電路單元和濾波放大電路單元；所述非平衡電橋電路單元輸入端通過(guò)電阻R8與直流 電壓的正極相連；所述非平衡電橋電路單元輸出端與所述電壓跟隨電路單元相連；所述恒 流源產(chǎn)生電路單元的輸出端與所述非平衡電橋電路單元相連；所述電壓跟隨電路單元通過(guò) 電阻R9、電阻RlO與濾波放大電路單元相連；所述恒流源產(chǎn)生電路單元的輸入端與+5V電 源相連。所述非平衡電橋電路單元由非平衡電橋電路左橋臂、非平衡電橋的右橋臂及隔離 電路組成；所述非平衡電橋電路左橋臂一端與分壓電阻R8相連，另一端與隔離電路一端相 連；所述隔離電路另一端與三線制非平衡電橋的右橋臂相連，通過(guò)隔離電路將非平衡電橋 電路單元的左橋臂和右橋臂隔離。所述恒流源產(chǎn)生電路單元由基準(zhǔn)電壓源電路，放大比較電路，調(diào)整電路和采樣電 路組成；所述基準(zhǔn)電壓電路的輸出端與放大比較電路的反相輸入端相連，放大比較器電路 的輸出端與調(diào)整電路的三極管Ql的柵極相連，調(diào)整電路的晶體管Tl與采樣電路相連，采樣 電路的反饋電阻Rll與放大比較電路正向輸入端相連；所述恒流源產(chǎn)生電路單元通過(guò)基準(zhǔn) 電壓源電路為三線制非平衡電橋電路的左橋臂提供恒定電流，實(shí)現(xiàn)電橋電路的線性供電。所述電壓跟隨電路單元主要包含第一、二電壓跟隨器；第一電壓跟隨器包括運(yùn)算 放大器U3，第二電壓跟隨器包括運(yùn)算放大器U4 ；運(yùn)算放大器U3的同相輸入端與非平衡電橋 電路左橋臂的電阻R5的一端相連，運(yùn)算放大器U3的反相輸入端與其自己的輸出端相連，形成第一電壓跟隨器；所述運(yùn)算放大器U4的同相輸入端連接在非平衡電橋電路左橋臂的電 阻R4、電阻R5之間，運(yùn)算放大器U4的反相輸入端與其自己的輸出端相連，形成第二電壓跟 隨器；所述電壓跟隨電路單元提高輸入阻抗，將非平衡電橋電路單元與濾波放大電路單元 進(jìn)行緩沖和隔離。所述放大濾波電路單元主要包括運(yùn)算放大器U5，電阻R12，電阻R13，電阻R14，電 阻R15，濾波電容C3，濾波電容C4，運(yùn)算放大器U6 ；所述運(yùn)算放大器U5的正向輸入端與第一 電壓跟隨器的運(yùn)算放大器U3的輸出端相連，運(yùn)算放大器U5的反相輸入端與第二電壓跟隨 器的運(yùn)算放大器U4的輸出端相連，于運(yùn)算放大器U5的同相輸入端與輸出端之間并聯(lián)接有 電阻R15 ；所述運(yùn)算放大器TO的反相輸入端與電阻R12 —端相連，電阻R12的另一端接地； 運(yùn)算放大器U5的輸出端與電阻R13的一端相連，電阻R13另一端與電阻R14的一端相連， 電阻R14的另一端與運(yùn)算放大器U6的同相輸入端相連；所述濾波電容C3 —端與電阻R14 相連，另一端與運(yùn)算放大器U6的反相輸入端相連；所述濾波電容C4 一端與運(yùn)算放大器U6 的同相輸入端相連，另一端接地；運(yùn)算放大器U6的輸出端與反相輸入端相連；所述放大濾 波電路單元主要對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，濾波，方便后級(jí)采樣電路對(duì)信號(hào)的采樣。所述非平衡電橋電路單元包括可調(diào)電阻R1，第一引線電阻R4，第二引線電阻R5，第 三引線電阻R6，測(cè)溫鉬電阻R100，隔離放大器U1，第一精密電阻R2，第二精密電阻R3 ；所述分 壓電阻R8 —端與直流電源的正極的相連，分壓電阻R8的另一端與可調(diào)電阻Rl的一端相連， 所述可調(diào)電阻Rl的另一端與第一引線電阻R4相連，所述第一引線電阻R4的另一端分別與第 二引線電阻R5、測(cè)溫鉬電阻RlOO的一端相連，所述測(cè)溫鉬電阻RlOO的另一端分別與調(diào)整電 路2-3的晶體管Tl的集電極及第三引線電阻R6—端相連，所述第一、二精密電阻R2、R3組成 電橋的右橋臂，其中第二精密電阻R2的一端與分壓電阻R8相連，另一端與第二精密電阻R3 相連；所述隔離放大器Ul的同相向輸入端與第三引線電阻R6相連，隔離放大器Ul的反相輸 入端與右橋臂的第二精密電阻R3相連，隔離放大器Ul的輸出端與其反相輸入端相連。所述基準(zhǔn)電壓電路的輸出電壓為2. 5V，其通過(guò)放大比較器電路和調(diào)整電路采集采 樣電路中采樣電阻Rll的電壓，然后與基準(zhǔn)電壓比較，得到一個(gè)電壓差值；所述基準(zhǔn)電壓電 路通過(guò)比較放大器U2放大后與晶體管Tl相連，通過(guò)電壓差值調(diào)控晶體管Tl，改變晶體管 Tl c-e之間的電壓降，從而達(dá)到恒流的目的；當(dāng)Ice變大時(shí)，電阻Rll上的壓降變大，而基準(zhǔn) 電壓不變，因此，比較放大器的輸出變小，晶體管Tl的基極電流變小，從而Ire下降；當(dāng)I。/變 小時(shí)，調(diào)整過(guò)程相反。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)1、本實(shí)用新型利用恒流源產(chǎn)生電路單元驅(qū)動(dòng)非平衡電橋電路單元，采用鉬熱電阻 傳感器為感應(yīng)器，并利用三線制接線方式連接鉬熱電阻，可以在很大程度上補(bǔ)償非平衡電 橋電路單元的非線性，克服由引線電阻長(zhǎng)期變化帶來(lái)的時(shí)變誤差，從而實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定性的海 水溫度測(cè)量。2、本實(shí)用新型具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，測(cè)量精度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng) 的熱電偶或壓力式測(cè)溫儀，在海水常規(guī)測(cè)溫范圍(_2°C 30°C)內(nèi)，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

下面根據(jù)附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的闡述。[0016]圖1是本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)框圖；圖2是圖1中三線制非平衡電橋電路單元圖；圖3是圖1中恒流源產(chǎn)生電路單元圖；圖4是圖1中兩路電壓跟隨電路單元圖；圖5是圖1中放大濾波電路單元圖。
具體實(shí)施方式
如圖1、2、3、4、5所示，一種海水溫度測(cè)量裝置，包括，非平衡電橋電路單元1、恒流 源產(chǎn)生電路單元2、電壓跟隨電路單元3和濾波放大電路單元4 ；所述非平衡電橋電路單元 1輸入端通過(guò)分壓電阻R8與直流電壓的正極相連；所述非平衡電橋電路單元1輸出端與所 述電壓跟隨電路單元3相連；所述非平衡電橋電路單元1輸出端與所述恒流源產(chǎn)生電路單 元2相連；所述電壓跟隨電路單元3通過(guò)電阻R9、電阻RlO與濾波放大電路單元4相連；所 述恒流源產(chǎn)生電路單元2 —端與+5V電源相連。所述非平衡電橋電路單元1由非平衡電橋電路左橋臂1-1、非平衡電橋的右橋臂
1-2及隔離電路1-3組成；所述非平衡電橋電路左橋臂1-1一端與分壓電阻R8相連，另一 端與隔離電路1-3 —端相連；所述隔離電路1-3另一端與三線制非平衡電橋的右橋臂1-2 相連，通過(guò)隔離電路1-3將非平衡電橋電路單元1的左橋臂1-1和右橋臂1-2隔離，使左右 橋的電流互不影響。所述非平衡電橋電路單元1的電路包括可調(diào)電阻R1，第一引線電阻R4，第二引線 電阻R5，第三引線電阻R6，測(cè)溫鉬電阻R100，隔離放大器U1，第一精密電阻R2，第二精密電 阻R3 ；所述分壓電阻R8 —端與直流電源的正極的相連，分壓電阻R8的另一端與可調(diào)電阻 Rl的一端相連，所述可調(diào)電阻Rl的另一端與第一引線電阻R4相連，所述第一引線電阻R4 的另一端分別與第二引線電阻R5、測(cè)溫鉬電阻RlOO的一端相連，所述測(cè)溫鉬電阻RlOO的另 一端分別與調(diào)整電路2-3的晶體管Tl的集電極及第三引線電阻R6 —端相連，所述第一、二 精密電阻R2、R3組成電橋的右橋臂1-2，其中第二精密電阻R2的一端與分壓電阻R8相連， 另一端與第二精密電阻R3相連；所述隔離放大器Ul的同相向輸入端與第三引線電阻R6相 連，隔離放大器Ul的反相輸入端與右橋臂1-2的第二精密電阻R3相連，隔離放大器Ul的 輸出端與其反相輸入端相連。所述恒流源產(chǎn)生電路單元2由基準(zhǔn)電壓源電路2-1，放大比較電路2-2，調(diào)整電路
2-3和采樣電路2-4組成；所述基準(zhǔn)電壓電路2-1的輸出端與放大比較電路2-2的反相輸入 端相連，放大比較器電路2-2的輸出端與調(diào)整電路2-3的三極管Ql的柵極相連，調(diào)整電路 2-3的晶體管Tl與采樣電路2-4相連，采樣電路2-4的采樣電阻Rll與放大比較電路2_2 正向輸入端相連；所述恒流源產(chǎn)生電路單元2通過(guò)基準(zhǔn)電壓源電路2-1為非平衡電橋電路 1的左橋臂提供恒定電流，實(shí)現(xiàn)電橋電路的線性供電，消除傳統(tǒng)恒壓源電橋的非線性。恒流源產(chǎn)生電路單元2電路包括分壓電阻R7，基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生芯片TL431，第一濾 波電容Cl，集成運(yùn)算放大器Ul，第一調(diào)整管Ql，第二調(diào)整管Tl，采樣電阻Rl 1，第二濾波電容 C2。所述分壓電阻R7的一端接直流輸入電壓的正極，另一端接基準(zhǔn)電壓芯片T431，基準(zhǔn)電 壓芯片T431的輸出端接濾波電容Cl，第一濾波電容Cl接集成運(yùn)算放大器Ul的反相輸入 端，集成運(yùn)算放大器Ul的輸出端接三極管Ql的柵極，三極管Ql的源極與晶體管Tl的集電極相連，三極管Ql的漏極與晶體管Tl的基極相連接，晶體管Tl的發(fā)射極接采樣電阻Rll 的一端，并反饋到集成運(yùn)算放大器Ul的同相輸入端，第二濾波電容C2與采樣電阻Rll并聯(lián) 接地。所述電壓跟隨電路單元3主要包含第一、二電壓跟隨器3-1、3-2 ；第一電壓跟隨器 包括運(yùn)算放大器U3，第二電壓跟隨器3-2包括運(yùn)算放大器U4 ；運(yùn)算放大器U3的同相輸入端 與非平衡電橋電路左橋臂1-1的電阻R5的一端相連，運(yùn)算放大器U3的反相輸入端與其自 己的輸出端相連，形成第一電壓跟隨器3-1 ；運(yùn)算放大器U4的同相輸入端連接在非平衡電 橋電路左橋臂1-1的電阻R4、電阻R5之間，運(yùn)算放大器U4的反相輸入端與其自己的輸出端 相連，形成第二電壓跟隨器3-2 ；所述電壓跟隨電路單元3提高輸入阻抗，將非平衡電橋電 路單元1與濾波放大電路單元4進(jìn)行緩沖和隔離。電壓跟隨電路3提高了輸入阻抗，起到 緩沖和隔離前后級(jí)電路的作用。所述放大濾波電路單元4主要包括運(yùn)算放大器U5，電阻R12，電阻R13，電阻R14， 電阻R15，濾波電容C3，濾波電容C4，運(yùn)算放大器TO ；所述運(yùn)算放大器TO的正向輸入端與第 一電壓跟隨器3-1的運(yùn)算放大器U3的輸出端相連，運(yùn)算放大器TO的反相輸入端與第二電 壓跟隨器3-2的運(yùn)算放大器U4的輸出端相連，于運(yùn)算放大器U5的同相輸入端與輸出端之 間并聯(lián)接有電阻R15 ；所述運(yùn)算放大器U5的反相輸入端與電阻R12 —端相連，電阻R12的 另一端接地；運(yùn)算放大器U5的輸出端與電阻R13的一端相連，電阻R13另一端與電阻R14 的一端相連，電阻R14的另一端與運(yùn)算放大器TO的同相輸入端相連；所述濾波電容C3 —端 與電阻R14相連，另一端與運(yùn)算放大器TO的反相輸入端相連；所述濾波電容C4 一端與運(yùn)算 放大器U6的同相輸入端相連，另一端接地；運(yùn)算放大器U6的輸出端與反相輸入端相連；所 述放大濾波電路單元4主要對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，濾波，方便后級(jí)采樣電路對(duì)信號(hào)的采樣?；鶞?zhǔn)電壓電路2-1的輸出端與放大比較電路2-2的反相輸入端相連，放大比較器 電路2-2的輸出端與調(diào)整電路2-3的Ql的柵極相連，調(diào)整電路2-3的晶體管Tl與采樣電 路2-4相連，采樣電路2-4的反饋電阻與放大比較電路2-2?；鶞?zhǔn)電壓電路2-1的輸出電 壓為2. 5V，通過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)對(duì)取樣電阻Rll上的電壓取樣，然后與基準(zhǔn)電壓比較，得到一個(gè)差 值，將此差值用比較放大器U2放大后去控制調(diào)整管Tl，改變調(diào)整管c-e之間的電壓降，從而 達(dá)到恒流的目的。當(dāng)‘變大時(shí)，Rll上的壓降變大，而基準(zhǔn)電壓不變，因此，比較放大器的 輸出變小，調(diào)整管Tl的基極電流變小，從而Ire下降。Ire變小時(shí)，調(diào)整過(guò)程相反。
權(quán)利要求1.一種海水溫度測(cè)量裝置，其特征在于包括，非平衡電橋電路單元、恒流源產(chǎn)生電路 單元、電壓跟隨電路單元和濾波放大電路單元；所述非平衡電橋電路單元輸入端通過(guò)電阻R8與直流電壓的正極相連； 所述非平衡電橋電路單元輸出端與所述電壓跟隨電路單元相連； 所述恒流源產(chǎn)生電路單元的輸出端與所述非平衡電橋電路單元相連； 所述電壓跟隨電路單元通過(guò)電阻R9、電阻RlO與濾波放大電路單元相連； 所述恒流源產(chǎn)生電路單元的輸入端與+5V電源相連。
2.按權(quán)利要求1所述的海水溫度測(cè)量裝置，其特征在于所述非平衡電橋電路單元由非平衡電橋電路左橋臂、非平衡電橋的右橋臂及隔離電路 組成；所述非平衡電橋電路左橋臂一端與分壓電阻R8相連，另一端與隔離電路一端相連； 所述隔離電路另一端與三線制非平衡電橋的右橋臂相連，通過(guò)隔離電路將非平衡電橋 電路單元的左橋臂和右橋臂隔離。
3.按權(quán)利要求1所述的海水溫度測(cè)量裝置，其特征在于所述恒流源產(chǎn)生電路單元由基準(zhǔn)電壓源電路，放大比較電路，調(diào)整電路和采樣電路組成；所述基準(zhǔn)電壓電路的輸出端與放大比較電路的反相輸入端相連，放大比較器電路的輸 出端與調(diào)整電路的三極管Ql的柵極相連，調(diào)整電路的晶體管Tl與采樣電路相連，采樣電路 的反饋電阻Rll與放大比較電路正向輸入端相連；所述恒流源產(chǎn)生電路單元通過(guò)基準(zhǔn)電壓源電路為三線制非平衡電橋電路的左橋臂提 供恒定電流，實(shí)現(xiàn)電橋電路的線性供電。
4.按權(quán)利要求1所述的海水溫度測(cè)量裝置，其特征在于所述電壓跟隨電路單元主要包含第一、二電壓跟隨器；第一電壓跟隨器包括運(yùn)算放大 器U3，第二電壓跟隨器包括運(yùn)算放大器U4 ；運(yùn)算放大器U3的同相輸入端與非平衡電橋電路 左橋臂的電阻R5的一端相連，運(yùn)算放大器U3的反相輸入端與其自己的輸出端相連，形成第 一電壓跟隨器；所述運(yùn)算放大器U4的同相輸入端連接在非平衡電橋電路左橋臂的電阻R4、電阻R5之 間，運(yùn)算放大器U4的反相輸入端與其自己的輸出端相連，形成第二電壓跟隨器；所述電壓跟隨電路單元提高輸入阻抗，將非平衡電橋電路單元與濾波放大電路單元進(jìn) 行緩沖和隔離。
5.按權(quán)利要求1所述的海水溫度測(cè)量裝置，其特征在于所述放大濾波電路單元主要包括運(yùn)算放大器U5，電阻R12，電阻R13，電阻R14，電阻 Rl5，濾波電容C3，濾波電容C4，運(yùn)算放大器U6 ；所述運(yùn)算放大器U5的正向輸入端與第一電壓跟隨器的運(yùn)算放大器U3的輸出端相連， 運(yùn)算放大器U5的反相輸入端與第二電壓跟隨器的運(yùn)算放大器U4的輸出端相連，于運(yùn)算放 大器U5的同相輸入端與輸出端之間并聯(lián)接有電阻R15 ；所述運(yùn)算放大器U5的反相輸入端與電阻R12 —端相連，電阻R12的另一端接地；運(yùn)算 放大器U5的輸出端與電阻R13的一端相連，電阻R13另一端與電阻R14的一端相連，電阻 R14的另一端與運(yùn)算放大器U6的同相輸入端相連；所述濾波電容C3 —端與電阻R14相連，另一端與運(yùn)算放大器TO的反相輸入端相連；所述濾波電容C4 一端與運(yùn)算放大器TO的同相 輸入端相連，另一端接地；運(yùn)算放大器U6的輸出端與反相輸入端相連；所述放大濾波電路單元主要對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，濾波，方便后級(jí)采樣電路對(duì)信號(hào)的采樣。
6.按權(quán)利要求1所述的海水溫度測(cè)量裝置，其特征在于所述非平衡電橋電路單元包括可調(diào)電阻R1，第一引線電阻R4，第二引線電阻R5，第三 引線電阻R6，測(cè)溫鉬電阻R100，隔離放大器U1，第一精密電阻R2，第二精密電阻R3 ；所述分壓電阻R8 —端與直流電源的正極的相連，分壓電阻R8的另一端與可調(diào)電阻Rl 的一端相連，所述可調(diào)電阻Rl的另一端與第一引線電阻R4相連，所述第一引線電阻R4的 另一端分別與第二引線電阻R5、測(cè)溫鉬電阻RlOO的一端相連，所述測(cè)溫鉬電阻RlOO的另一 端分別與調(diào)整電路2-3的晶體管Tl的集電極及第三引線電阻R6 —端相連，所述第一、二精 密電阻R2、R3組成電橋的右橋臂，其中第二精密電阻R2的一端與分壓電阻R8相連，另一端 與第二精密電阻R3相連；所述隔離放大器Ul的同相向輸入端與第三引線電阻R6相連，隔 離放大器Ul的反相輸入端與右橋臂的第二精密電阻R3相連，隔離放大器Ul的輸出端與其 反相輸入端相連。
7.按權(quán)利要求1所述的海水溫度測(cè)量裝置，其特征在于所述基準(zhǔn)電壓電路的輸出電壓為2. 5V，其通過(guò)放大比較器電路和調(diào)整電路采集采樣電 路中采樣電阻Rll的電壓，然后與基準(zhǔn)電壓比較，得到一個(gè)電壓差值；所述基準(zhǔn)電壓電路通過(guò)比較放大器U2放大后與晶體管Tl相連，通過(guò)電壓差值調(diào)控晶 體管Tl，改變晶體管Tl c-e之間的電壓降，從而達(dá)到恒流的目的；當(dāng)I。/變大時(shí)，電阻Rll上 的壓降變大，而基準(zhǔn)電壓不變，因此，比較放大器的輸出變小，晶體管Tl的基極電流變小， 從而1。6下降；當(dāng)Ι。ε變小時(shí)，調(diào)整過(guò)程相反。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)一種海水溫度測(cè)量裝置，具體包括，非平衡電橋電路單元、恒流源產(chǎn)生電路單元、電壓跟隨電路單元和濾波放大電路單元；所述非平衡電橋電路單元輸入端通過(guò)電阻R8與直流電壓的正極相連；所述非平衡電橋電路單元輸出端與所述電壓跟隨電路單元相連；所述恒流源產(chǎn)生電路單元的輸出端與所述非平衡電橋電路單元相連；所述電壓跟隨電路單元通過(guò)電阻R9、電阻R10與濾波放大電路單元相連；所述恒流源產(chǎn)生電路單元的輸入端與+5V電源相連。本實(shí)用新型具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，測(cè)量精度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的熱電偶或壓力式測(cè)溫儀，在海水常規(guī)測(cè)溫范圍(-2℃～30℃)內(nèi)，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
文檔編號(hào)G01K7/20GK201788034SQ20102053935
公開(kāi)日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月17日
發(fā)明者任殿慧, 劉敬彪, 張?chǎng)? 曾志剛, 王曉媛, 章雪挺 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院海洋研究所