宽温区互换热敏线性组件 本发明涉及一种宽温区互换热敏线性组件，尤其是在20-300℃使用的互换热敏线性组件
以前研制的互换热敏线性组件只是在一些温度低、温区窄的情况(如30-50℃、0-100℃)下具有比较高的测温精度，可以替代铂电阻。但对于更高的温度和更宽的温区(如0-250℃、20-300℃)用现有的互换热敏线性组件测温精度较差，达不到实用化的要求。在工业自动化控制中测温往往大多在20-300℃的温区内使用。因此本发明针对在工业自动化控制中测温的需求研制出一种20-300℃互换热敏线性组件。该组件与常用的精密测控温的铂电阻相比具有输出线性，并且不需要零点补偿，可大大简化电子线路；灵敏度比铂电阻高几个量级；抗干扰能力优于铂电阻；价格低等优点。
本发明目的在于，研制的宽温区互换热敏线性组件，首先是将两支具有高阻低B值特性的宽温区热敏电阻与两支金属膜固定电阻相互串并联形成网络，然后用常规的方法测试R-T特性，再用单纯形法进行最优化计算出网络参数。网络的输出与温度成线性关系，人们可以利用这种线性关系进行温度的精密测量和控制。该组件具有输出线性、不需零点补偿、灵敏度高、价格低等优点。
本发明所述的宽温区互换热敏线性组件，该组件首先是将两支具有高阻低B值特性的宽温区热敏电阻与两支金属膜固定电阻相互串并联形成网络，然后用常规的方法测试R-T特性，再用单纯形法进行最优化计算出网络参数的在20-300℃范围内使用的互换热敏电阻；该阻件的高阻低B值特性组件予选配元件应满足条件为：
Rt1(25℃)=150±30％KΩ、 Rt2(25℃)=30±30％KΩ，
B1(25-50℃)=2300±5％K、 B2(25-50℃)=2150±5％K。该组件地输出与温度应满足：输出/输入=0.0024369t+0.036721；并切该组件在20-300℃整个温区内的最大测温偏差小于±1.4℃，即测温精度达到0.5％F.S.。
参见附图
图1为本发明电压输出式图
图2为本发明的线化原理图
本发明所述的宽温区互换热敏线性组件的线化原理动定义为，(参见附图2)输出函数f=输出/输入。随着温度的增加，由于负温度系数热敏电阻的阻值呈指数形式地下降。根据附图1，固定电阻R2上的输出电压Eout呈单调增加，即线性组件的输出函数f为温度的单调增加函数。如果选取合适的网络电阻，可以使互换热敏线性组件的输出曲线C:f=Eout/Ein围绕直线L:f=M*t+b呈S形地上下波动。在20-300℃的温区内，输出曲线C将五次穿越直线L。如果在20-300℃的整个温区内，输出曲线C与直线L的偏离均小于给定值，则可近似地用直线L代替网络的实际输出曲线C，即将网络的实际输出曲线C线1性化了。
在宽温区互换热敏线性组件中网络电阻的计算可以使用最优化计算中的单纯形法。经过最优化计算，互换热敏线性组件的最大非线性偏差主要决定于负温度系数热敏电阻室温B值的大小，负温度系数热敏电阻室温B值愈小，则互换热敏线性组件的非线性偏差也愈小。由于负温度系数热敏电阻在使用过程中存在着自热问题，这样为了减小自热引起的测温误差，应选用负温度系数热敏电阻的室温阻值尽可能大。因此为了提高互换热敏线性组件的测温精度应选择具有高阻低B值电学特性的负温度系数热敏电阻。
实施例
首先制做具有高阻低B值电学特性的负温度系数热敏电阻Rt1和Rt2。在精度为0.05℃的恒温油槽内测试热敏电阻的R-T特性，测试温度点为：25℃、50℃、120℃、200℃、270℃和300℃。测试后将负温度系数热敏电阻进行予选，予选配件应满足条件为：
Rt1(25℃)=150±30％KΩ、 Rt2(25℃)=30±30％KΩ，
B1(25-50℃)=2300±5％K、 B2(25-50℃)=21504±5％K。然后将两支予选好的高阻低B值特性的宽温区热敏电阻和两支金属膜固定电阻相互串并联形成网络，网络的输出与温度成线性关系。再用常规单纯形法进行最优化计算出网络参数的在20-300℃范围内使用的宽温区互换热敏线性组件。该组件在20-300℃整个温区内的最大测温偏差小于±1.4℃，即测温精度达到05％F.S.。具体计算步骤为：将予选配件在各测试温度点上的均值作为标准元件的R-T特性测试数据，用标准元件计算宽温区互换热敏线性组件的标准输出直线。计算宽温区互换热敏线性组件的标准输出直线时四个网络电阻中可以固定电阻Rt1，电阻Rt2的值则变动c倍，电阻R1和R2可自由变动。这样宽温区互换热敏线性组件的输出函数只与三个参数c、R1和R2有关，即f=f(c,R1,R2)。对于一组确定的参数组件(c,R1,R2)可用最小二乘法计算出与其相对应的线化直线：f=M*t+b。这样进行最优化计算的目标函数是：
Dt(t)=(｜f(c,R1,R2)-(M*t+b)｜/M)max t∈(20,300)。
采用单纯形法进行最优化计算时，在参数c，R1和R2为轴的三维空间内选取三个点组成三角形，比较三角形顶点处的目标函数值，丢掉其中的坏点，代之以适当的新点，重复比较就可逼近最优点，最优点所对应的直线即为标准输出直线，经过计算宽温区互换热敏线性组件的标准输出直线是：
L:f=0.0024369t+0.036721。
然后就可具体选配组件，首先取一支予选配大阻元件Rt1，再取一支予选配小阻元件Rt2，当二者室温阻值之比约为5∶1时，采用单纯形法进行最优化计算。在计算过程中根据目标函数式只是计算式中的c、M、b三个参数为定值，式中温度t的取值不必是20-300℃整个温区，而只须在二个端点及四个极值点处取值即可。在参数R1和R2为轴的二维空间内选取三个点组成三角形重复比较逼近最优点。如果最优点处目标函数值小于±1.4℃，则选配成功。