本發(fā)明涉及低溫測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種二極管溫度變送器及其變送方法。

背景技術(shù)：

目前，低溫技術(shù)廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防建設(shè)、生物醫(yī)學(xué)及科學(xué)研究等各個方面。低溫技術(shù)所涉及的溫度領(lǐng)域一般定義為120K以下。在低溫制冷機(jī)研制過程中，制冷機(jī)冷頭溫度與制冷功率是衡量制冷機(jī)性能的關(guān)鍵因素，因此對于溫度的測量極為嚴(yán)格。

現(xiàn)有的溫度變送器采用熱電偶傳感器或者鉑電阻傳感器作為測溫元件，從測溫元件輸出信號送到變送器模塊，經(jīng)過穩(wěn)壓濾波、運(yùn)算放大、非線性校正、V/I轉(zhuǎn)換、恒流及反向保護(hù)等電路處理后，轉(zhuǎn)換成與溫度成線性關(guān)系的4～20mA電流信號，連接到二次儀表上，從而顯示出對應(yīng)的溫度。對于以鉑電阻傳感器為測溫元件的溫度變送器來說，鉑電阻的標(biāo)準(zhǔn)曲線最低到70K。隨著溫度的降低，溫度漂移越來越劇烈，無法滿足使用要求，因此70K以下使用鉑電阻測溫時變送器是無法使用的?，F(xiàn)有技術(shù)可參照公開號為104833438A的中國發(fā)明專利《溫度變送器》。對于以熱電偶傳感器為測溫元件的溫度變送器來說，熱偶使用時要進(jìn)行實(shí)時校正，因?yàn)闊崤嫉恼麠l線在有溫差的環(huán)境中會對輸出電壓產(chǎn)生影響。不同的導(dǎo)線組成，結(jié)點(diǎn)甚至拉伸力都會對溫度的顯示產(chǎn)生影響。在測量低溫時溫度變送器需要進(jìn)行冷端補(bǔ)償，用于冷端補(bǔ)償?shù)睦涠搜a(bǔ)償器，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，會直接影響到采集精度?，F(xiàn)有技術(shù)可參照公開號為102661814A的中國發(fā)明專利《一種熱電偶溫度變送器及實(shí)現(xiàn)方法》。

二極管傳感器測量低溫時有很好的一致性與重復(fù)性，如圖1至圖2所示。其非標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)曲線最低可以測量到1.4K的溫度。但是，目前沒有與二極管傳感器配套使用的溫度變送器。使用二極管傳感器作為測溫元件時，需要使用通用的數(shù)據(jù)采集儀對測溫元件輸出的信號進(jìn)行處理。通用的數(shù)據(jù)采集儀，其包括用于連接多個檢測儀器并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的RS232與RS485串口、用于數(shù)據(jù)輸出的USB接口、接網(wǎng)線的RJ45接口、用于視頻輸出及音頻輸出VGA結(jié)構(gòu)、用于現(xiàn)場組網(wǎng)的WIFI模塊、數(shù)據(jù)存儲空間、觸摸屏等等。由此可知，通用的數(shù)據(jù)采集儀具有多種功能。但其缺點(diǎn)是：體積大，需要足夠的安裝空間；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。

總的來說，現(xiàn)有技術(shù)中用于低溫測量的溫度變送器不能滿足使用要求。其存在的缺點(diǎn)：第一，以熱電偶傳感器或鉑電阻傳感器作為測溫元件的溫度變送器不能變送低于70K以下的溫度值；第二，以熱電偶傳感器作為測溫元件的溫度變送器需要進(jìn)行冷端補(bǔ)償，從而直接影響到采集精度；第三，通用的數(shù)據(jù)采集儀的功能復(fù)雜、成本高、體積大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有的技術(shù)問題作出改進(jìn)，即本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種二極管溫度變送器，該變送器將二極管傳感器的電信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號并輸出，該變送器的結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低、不需要進(jìn)行冷端補(bǔ)償。為解決上述問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

一種二極管溫度變送器，其通過電源供電并連接二極管傳感器，該變送器包括電壓基準(zhǔn)模塊、ADC模塊、主處理器、存儲器和通訊模塊；

所述電壓基準(zhǔn)模塊為高精度電壓源，用于提供基準(zhǔn)電壓；

所述ADC模塊連接電壓基準(zhǔn)模塊同時采集二極管傳感器的電壓信號，將電信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號；

所述主處理器連接所述ADC模塊，完成所有數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理、任務(wù)調(diào)度與控制輸出；

所述存儲器連接主處理器，用于存儲運(yùn)算過程中數(shù)據(jù)；

所述通訊模塊連接所述主處理器，用于將主處理器的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸和輸出。

進(jìn)一步，還包括恒流源模塊，所述恒流源模塊連接所述二極管傳感器，用于提供二極管傳感器工作時的恒定電流。

進(jìn)一步，所述ADC模塊為16位精度的A/D轉(zhuǎn)換器。

進(jìn)一步，所述ADC模塊與所述二極管傳感器的接口采用四線制單通道或者兩線制雙通道形式。

進(jìn)一步，所述二極管傳感器為硅二極管傳感器。

在上述技術(shù)方案中，以二極管傳感器作為測溫元件，通過所述的二極管溫度變送器將該二極管傳感器的電信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號并輸出。根據(jù)二極管傳感器測量低溫的電特性可知，所述的二極管溫度變送器最低可以采集到1.4K的溫度值。同時，所述的二極管溫度變送器功能單一、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、不需要進(jìn)行冷端補(bǔ)償，避免了冷端補(bǔ)償對采集精度的影響。進(jìn)一步，所述ADC模塊與所述二極管傳感器的接口采用四線制單通道或者兩線制雙通道形式?？筛鶕?jù)不同的使用要求進(jìn)行選擇。通過有16位精度的A/D轉(zhuǎn)換器以及硅二極管傳感器的選擇，進(jìn)一步提高采集精度。

本發(fā)明所要解決的另一個技術(shù)問題是提供一種二極管溫度變送器的變送方法，包括以下步驟：

步驟一：所述ADC模塊采集二極管傳感器的電信號和電壓基準(zhǔn)模塊的基準(zhǔn)電壓信號；

步驟二：所述ADC模塊將所述電信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字量；

步驟三：所述主處理器對所述數(shù)字量進(jìn)行運(yùn)算并得到運(yùn)算結(jié)果，運(yùn)算過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)由所述存儲器存儲；

步驟四：所述運(yùn)算結(jié)果通過通訊模塊進(jìn)行輸出。

本發(fā)明具有的有益效果：

1.本發(fā)明所述的二極管溫度變送器以二極管傳感器作為測溫元件，將該測溫元件的電信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號并輸出。

2.本發(fā)明所述的二極管溫度變送器對溫度值的采集精度高。

3.本發(fā)明所述的二極管溫度變送器，其針對二極管傳感器使用，功能單一、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、不需要進(jìn)行冷端補(bǔ)償。

附圖說明

圖1為二級管傳感器的溫度-電壓曲線。

圖2為二級管傳感器的溫度-靈敏度曲線。

圖3為本發(fā)明的功能示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

如圖3所示，本發(fā)明的具體實(shí)施方式，一種二極管溫度變送器，其通過電源供電并連接二極管傳感器。該變送器包括電壓基準(zhǔn)模塊、ADC模塊、主處理器、存儲器、通訊模塊和恒流源模塊。

所述二極管傳感器為硅二極管傳感器。

所述電壓基準(zhǔn)模塊為高精度電壓源，用于提供基準(zhǔn)電壓。

所述ADC模塊連接電壓基準(zhǔn)模塊同時采集二極管傳感器的電壓信號，將電信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號。該ADC模塊為16位精度的A/D轉(zhuǎn)換器。

所述主處理器連接所述ADC模塊，完成所有數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理、任務(wù)調(diào)度與控制輸出。

所述存儲器連接主處理器，用于存儲運(yùn)算過程中數(shù)據(jù)。

所述通訊模塊，連接所述主處理器，用于將主處理器的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸和輸出。

所述恒流源模塊連接所述二極管傳感器，用于提供二極管傳感器工作時的恒定電流。

本發(fā)明還提供一種二極管溫度變送器的變送方法，包括以下步驟：

步驟一：所述ADC模塊采集二極管傳感器的電信號和電壓基準(zhǔn)模塊的基準(zhǔn)電壓信號；

步驟二：所述ADC模塊將所述電信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字量；

步驟三：所述主處理器對所述數(shù)字量進(jìn)行運(yùn)算并得到運(yùn)算結(jié)果，運(yùn)算過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)由所述存儲器存儲；

步驟四：所述運(yùn)算結(jié)果通過通訊模塊進(jìn)行輸出。

本實(shí)施方式的特點(diǎn)：

1.本實(shí)施方式所述的二極管溫度變送器以二極管傳感器作為測溫元件，將該測溫元件的電信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號并輸出。實(shí)驗(yàn)表明，該二極管溫度變送器溫度變送范圍為1.4K～500K。由此可知，其變送的溫度值最低為1.4K。

2.本實(shí)施方式所述的二極管溫度變送器，其針對二極管傳感器使用，功能單一、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低、不需要進(jìn)行冷端補(bǔ)償。

3.本實(shí)施方式所述的二極管溫度變送器對溫度值的采集精度高。

上述所有的實(shí)施例僅用來說明本發(fā)明的原理，不用來限制本發(fā)明的范圍。對本發(fā)明還可以作出其他的變化，這些變化仍落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。