海底热探针的温度测量电路模组制造技术

一种海底热探针的温度测量电路模组，包括有恒流元件、Ａ／Ｄ转换元件、多工器、复数个参考电阻及复数个热敏电阻，其特征在于： 在一支探针管中，等间距地设有该复数个热敏电阻构成三线式直流温度测量的等效电路，该恒流元件包括两个恒流源，并于该电路模组中设有一个Ａ／Ｄ转换元件，其中该恒流元件与一个多工器（ＭＵＸ１）连接作电流分配使用，而该Ａ／Ｄ转换元件与另一个多工器（ＭＵＸ２）连接作输入选择使用，并令该复数个热敏电阻与多工器（ＭＵＸ１）输出端连接，且多工器（ＭＵＸ２）输出端与该复数个热敏电阻的接线连接，并使该复数个热敏电阻共同使用一条共地回路连接作为测量电流回路。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及温度测量
，尤其是针对海底沉积物进行地热测量的一种海底热探针的温度测量电路模组，通过多工三线式热敏电阻等的电路配置，以达到减少接线数目、减低外部杂讯干扰等效果，进一步获致高解析度的温度记录。传统的海底热探针的温度测量电路模组架构，(如附图说明图1及图2所示)因此热敏电阻(thermistor)构成直流温度测量的等效电路，其中RL1、RL2为串接于热敏电阻两端的杂散电阻(parasitic)，包含接线电阻、连接头接触电阻及线电阻等；在A/D(analog to digital converter)输入端的电压为Vad＝1s×(RL1+RL2+RT)，这样当该热敏电阻RT的接线极靠近A/D而使得(RL1+RL2)低于RT时Vad≈1s×RT，在此架构下热敏电阻的电阻值越大则电路的解析度越高，即以高电阻值热敏电阻减低电路杂散电阻的影响。但此种电路架构无法对于测量准确度与解析度达成有效提高，主要是因1、热敏电阻的热杂讯(Thermal Noise，Et＝(4KTRΔf)1/2，式中K为Boltzmann’s constant，T为Temperature in Kelvin，R为Resistance，Δf为Noise bandwidth in hertz)正比于其电阻值，因此高精密度的热敏电阻其电阻值通常设计于较小值。2、在热敏电阻接线长度高于一定长度后，其线电阻值便无法忽略。3、当使用多工(multiplex)方法同时连接多个热敏电阻时，线路中除了该接线电阻外，更多了多工器的内阻值，而此电阻值约有百欧姆大小。4、这些杂散电阻本身亦受温度影响，使温度的解析度无法进一步的提升。所以，(请参考图3所示)一般市售的海底热探针其解析度仅为0.7℃，在温度轴刻度为0.02℃情况下，测量海底沉积物的温度衰减曲线解析不佳。缘此，为克服接线电阻所导致的测量误差及提升其解析度，相关业者乃提出一种三线式连接的测量电路设计，(如图4所示)该三线式电路接法是在上述基本的测量电路中加入第二个恒流源(constant currentsource)12与共地回路用以抵销RL1、RL2所产生的误差。假设该RL1与RL2的大小相同(通常接线与接头使用相同材质相同长度)且电流源亦相匹配，则因RL1所产生的误差电压与RL2上的误差电压相同，输入A/D转换器的差分电压(differential)输入端后因RL1、RL2所产生的误差电压即自行抵销。而在共地回路的接线电阻限RL3上产生二倍于RL1、RL2上的电压降，但此电压为共模(common mode)电压，对于所用差分输入的A/D转换器而言并不产生影响。参考电压由电流源流经Rref上所产生的电压降取出，可消除因各元件温度系数所产生的误差。虽然上述三线式接线法有良好的特性，但在通道数目增加时，接线体积便成为一大负担，以一个七通道的温度感应器的系统而言，传统接法只要14条接线，而上述三线式接法则需要21条接线，要知利用电阻丝放热后的温度衰退曲线求解沉积物的热传导系数时，散热效率愈快愈好，因此在海底热探针管中除了要装设七个热敏电阻外，尚需加装二条加热电阻丝，因此实难在有限空间内采用21条接线法，且内部接线过多亦又有碍热的传递、延迟测量的时间，诚非合理的设计。本技术的次一目的，乃在于提供一种海底热探针的温度测量电路模组，乃进一步利用一恒流源、一A/D转换器、两个多工器、复数个参考电阻及复数个热敏电阻匹配改良基本三线接法而形成的共地回路，以共地回路使数个热敏电阻可共用该共地回路构成测量电流回路，提供A/D转换器输入端可采用差分式输入，以减低外部杂讯干扰，达到增进海底热探针解析度的效果。本技术的目的是这样实现的 采用一支探针管于其中等间距设有数个热敏电阻构成三线式直流温度测量的等效电路，于电路中设有包括两个恒流源的恒流元件，并于电路中设有一个A/D转换元件，其中恒流元件与一个多工器MUX1连接作电流分配使用，而A/D转换元件与另一个多工器MUX2连接作输入选择使用，并令数个热敏电阻与多工器MUX1输出端连接，且多工器MUX2输出端与七个热敏电阻的接线连接，并使数个热敏电阻共同使用一条共地回路连接作为测量电流回路，这样即构筑成为多工三线式热敏电阻的温度测量电路，可供作为海底沉积物的地热流测量。具体实施方式如图5至图7所示，本技术的「海底热探针的温度测量电路模组」，主要是包括一恒流元件1、一A/D转换元件2、两个多工器MUXI、MUX2、数参考电阻及数个热敏电阻3等，并匹配改良基本三线接法所形成的共地回路4所构成，其中恒流元件1，其内部具有两个匹配良好的100uA恒流源，借此在0-25℃作温度内使两恒流源电流输出差异低于0.25％(实际挑选使用时低于0.1％)，使两恒流源所造成的温度差异保持远低于两热敏电阻间的差异(0.05℃)，即两两恒流源温度差异约为0.0006℃ @5℃，其计算如下Thermister YSI 46047 6KΩ @25℃4-5℃电阻变化为16.02KΩ-15.24KΩ多功器AD 407通道内阻约180Ω @7.5V VDD，25℃电流源温度误差＝(180+10)×0.0025/16020-15240≈0.000609℃A/D转换元件2，其为一种交流电转换成为直流电的整流器，包含前置讯号处理功能，且使用SIGMA-DELTA A/D转换技术，而具有高解析度(24bits)、低杂讯(150nV)、低耗电流(350uA)、差分式讯号输入(抗杂讯功能强)及差分式参考电压输入(易于使用比例式电阻测量)等功能；多工器MUX1、MUX2(multiplexer)，又名为资料选择器(dataselector)，并接二个多工器MUX1、MUX2，可在数字系统中，将一个以上的数字信号需要输往单一的接收端，通过选择线上的编码可以决定输入端上其中一个通道的数字资料被读取；参考电阻，由于使用比例式电阻测量再以之转换为温度，因此参考电阻对于仪器准确度及解析度具有决定性影响力，本技术所采用的极精密参考电阻，必须具备极低的温度系数(0.3PPM/℃ @25℃)、极高的准确度(±0.01℃ @25℃)及低热杂讯(Thermal EMF)特性； 热敏电阻3，其构成为本技术海底热探针的温度感应电阻元件，并具备有低温度漂移(Thermometric Drift-＜0.01℃per 100 months@25℃)、相对误差小(＜±0.05℃)、反应速度快(2.5SEC @Oil Bath)及玻璃材质密封(不易变质)等特性功能；借此，本技术所指的海底热探针10的温度测量电路，系采用一支直径为八毫厘的针管，于其中等间距(间距可于40-100公分间调整)设有七个热敏电阻3(thermistor)构成直流温度测量的等效电路，于该三线接法的基本电路中设有包括两个100uA恒流源的恒流元件1，并于电路中设有一个A/D转换元件2，其中该恒流元件1与一个多工器MUX1连接作电流分配使用，而A/D转换元件2与另一个多工器MUX2连接作输入选择使用，并令七个热敏电阻3与多工器MUX1输出端连接，且多工器MUX2输出端与七个热敏电阻3的接线连接，并使七个热敏电阻3共同使用一条共地回路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐春田，张宏毅，赖振哲，邱协栋，
申请(专利权)人：徐春田，张宏毅，赖振哲，邱协栋，
类型：实用新型
国别省市：