CN101865731B - 温度测量电子模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及温度信号测量装置，特别涉及高速列车上牵引电机、列车轮轴等的温度信号测量，具体为一种新型温度测量电子模块。解决了现有列车温度信号检测技术需配合机车控制箱工作、不便于列车网络的信号采集问题，包括一个“U”形支撑架，支撑架两臂设散热孔、内表面设电路板插槽，还包括固定连接于支撑架两侧的左侧盖板和右侧盖板以及电路板组件；电路板组件包括焊接电子元器件的电路板，电路板上焊接有外接电源及总线的连接器、信号输入/输出连接器和安装于信号输入/输出连接器两端的安装块；电路板组件通过电路板插槽安装于支撑架上，并通过安装块固定于支撑架上。本发明具有体积小、拆装简单的优点，满足高速动车组低压测量控制设备的技术要求。
Description
技术领域
本发明涉及温度信号测量装置，特别涉及高速列车上的电气设备，如牵引电机、列车轮轴等的温度信号测量，具体为一种温度测量电子模块。
背景技术
在铁路机车车辆上，电气设备的温度测量以及控制(即温度信号检测技术)对电气设备的正常工作非常重要，直接关系到机车车辆的的安全运行。例如牵引电机、列车轮轴等设备必须工作在允许的温度范围内，否则会影响电机功率的发挥和列车的安全性。
现有机车车辆的牵引电机温度信号检测的技术方案是：首先通过信号电缆将牵引电机温度传感器的温度模拟采样信号送往机车控制单元，控制单元将采样温度模拟信号转化成控制单元可接收的数字信号；温度传感器检测模块必须安装于机车控制箱中才能正常工作。即想要采集某一部件工作的温度时，必须在部件工作环境中，首先设置带有温度传感器检测模块的控制箱，这种技术仅适用于机车、动力集中型动车上的单一信号采集，不适用于同一信号多处应用的场合，不利于列车网络的信号采集。在动力分散性的动车组上，需要一种独立温度测量电子模块安装应用于列车的车箱中，与列车网络进行信号交换，可以将一台电机的温度信号即送到本动车的牵引控制单元，同时还可以送往列车网络控制系统，现有的温度信号检测技术不能满足这一要求。
发明内容
本发明为了解决现有列车温度信号检测技术必须配合机车控制箱工作、不便于列车网络的信号采集问题，提供一种温度测量电子模块。
本发明具体采用如下技术方案实现：温度测量电子模块，包括一个“U”形支撑架，支撑架两臂设散热孔、内表面设电路板插槽，还包括固定连接于支撑架两侧的左侧盖板和右侧盖板以及电路板组件；电路板组件包括焊接电子元器件的电路板，电路板上焊接有外接电源及总线的连接器、信号输入/输出连接器和安装于信号输入/输出连接器两端的安装块；电路板组件通过电路板插槽安装于支撑架上，并通过安装块固定于支撑架上；所述安装块上开设有安装孔，支撑架两臂端部设有用于安放螺母的通道，通过螺栓将电路板组件与支撑架固定连接。
还包括电路板上的信号检测电路，信号检测电路包括由运算放大器电路构成的恒流源电路：运算放大器电路的同相输入端接直流电源，反相输入端与地之间串联第一电阻R15、第二电阻R16；运算放大器电路输出端外接PT100温度传感器后接入运算放大器反相输入端，运算放大器电路中串联第三电阻R13、第四电阻R14；PT100温度传感器两端并联有复位电阻R10；然后PT100温度传感器两端接入一个由第五电阻R8、第六电阻R9，第一电容C2、第二电容C3、第三电容C4组成的滤波电路后，接入一个由三个运放组成的温度传感器电压读取电路，电压读取电路输出端串联第七电阻R0后接地。
支撑架主要作用是安装电路板、电子模块的散热；支撑架两侧分别设有圆孔和凸台，左、右侧盖板内侧对应位置设凸台和圆孔，支撑架和左、右侧盖板是通过凸台与圆孔的紧配合连接的。侧盖板上开有方孔便于连接用于连接外接电源及总线的连接器。同时左、右侧盖板外表面设置有相配合的凸台和圆孔，用于两个电子模块同时使用时可以通过这些凸台和圆孔连接固定。
电路首先实现了恒流源的建立，采用运算放大器电路产生恒定电流，该电流恒定，不随PT100温度传感器(电阻)两端电压的变化而变化。其次建立了PT100温度传感器两端电压测量电路，PT100两端的电压值通过两根导线送到温度传感器电压读取电路中的两个运放的输入端，由于高阻抗，通过电流几乎为零，甚至导线自身的阻抗和连接器不会影响电压的读数，将PT100两端的电压放大后，测量运放电路输出端第七电阻R0两端的电压即PT100温度传感器两端的电压。
其工作原理为：PT100温度传感器的阻值随温度变化而变化，当一恒定电流流过PT100温度传感器的电阻时，通过测量其电阻两端的电压VOUT，就可以计算其电阻阻值和所测量的温度值，VOUT即为将温度信号转换成的对应的电压信号。
与现有技术相比，本发明将温度传感器测量模块单独制作成独立的测量和转换模块，可以不依赖于机车控制箱进行测量和模拟信号向数字信号的转换，通过模块化结构设计，解决了列车温度信号检测技术必须配合机车控制箱工作、不便于列车网络的信号采集的问题。本发明具有体积小、拆装简单、维护方便的优点，满足高速动车组低压测量控制设备的机械和电气的技术要求，经过运用实践，性能可靠，故障率低。
附图说明
图1为本发明所述温度测量电子模块的原理示意图；
图2为本发明所述温度传感器检测电路的电路原理图(图中虚框中的电阻PT100、四个电阻RC1、RC2、RC3、RC4用来仿真电子模块外接的PT100及其连线)；
图3为本发明所述温度测量电子模块的立体图；
图4为温度测量电子模块的结构及安装示意图；
图5为图4的左视图；
图6为温度测量电子模块的支撑架的结构示意图；
图7为本发明所述电路板组件的结构示意图；
图8为本发明所述左侧盖板的内侧结构示意图；
图9为本发明所述左侧盖板的外侧结构示意图。
图中，1-支撑架，2-左侧盖板，3-信号输入/输出连接器，4-安装块，5-挡块，6-轨道，7-外接电源及总线的连接器，8-散热孔，9-电路板插槽，10-通道，11-电路板，12-左、右侧盖板内侧的圆孔，13-左、右侧盖板内侧的凸台，14-左、右侧盖板外侧的圆孔，15-左、右侧盖板外侧的凸台。
具体实施方式
温度测量电子模块，包括一个“U”形支撑架1(即三边围成的框架)，支撑架1两臂设散热孔8、内表面设电路板插槽9，还包括固定连接于支撑架1两侧的左侧盖板2和右侧盖板以及电路板组件；电路板组件包括焊接电子元器件的电路板9，电路板9上焊接有外接电源及总线的连接器7、信号输入/输出连接器3和安装于信号输入/输出连接器3两端的安装块4；电路板组件通过电路板插槽9安装于支撑架1上，并通过安装块4固定于支撑架1上；所述安装块4上开设有安装孔，支撑架1两臂端部设有用于安放螺母的通道10，通过螺栓将电路板组件与支撑架1固定连接。
还包括电路板9上的信号检测电路，信号检测电路包括由运算放大器电路构成的恒流源电路：运算放大器电路的同相输入端接直流电源，反相输入端与地之间串联第一电阻R15、第二电阻R16；运算放大器电路输出端外接PT100温度传感器后接入运算放大器反相输入端，运算放大器电路中串联第三电阻R13、第四电阻R14；PT100温度传感器两端并联有复位电阻R10；然后PT100温度传感器两端接入一个由第五电阻R8、第六电阻R9，第一电容C2、第二电容C3、第三电容C4组成的滤波电路后，接入一个由三个运放组成的温度传感器电压读取电路，电压读取电路输出端串联第七电阻R0后接地。
支撑架1主要作用是安装固定电路板9、电子模块的散热；支撑架两侧分别设有圆孔和凸台，左、右侧盖板内侧对应位置设与其相配合的凸台13和圆孔12，支撑架1和侧盖板是通过凸台13与圆孔12的紧配合连接的。同时左、右侧盖板外表面设置有相配合的凸台15和圆孔14，用于两个电子模块同时使用时可以通过这些凸台和圆孔连接固定。
具体工作时，温度测量电子模块，将电气系统中的四线制PT100温度传感器的温度模拟信号转换成0-5V对应的电压信号，提供给计算机控制装置。本发明工作过程中，首先实现四线制(也可以实现三线制或二线制)PT100温度传感器的温度模拟信号的采集；其次，实现了温度模拟信号进行模数转化；最后，完成与相邻电子模块连接的电源接口。
信号输入/输出连接器3采用48芯连接器，连接来自温度传感器PT100采集的温度信号(采用四线制PT100温度传感器，共有四路输入信号，如图1所示)，经过本发明内部进行模数转换将温度信号转换成可测量的电压信号送给牵引控制单元(TCU)以及网络控制系统。图2中，电阻PT100和四个电阻RC1、RC2、RC3、RC4用来仿真PT100温度传感器及其连线。
具体的，在信号检测电路中，为了减少电路的干扰，需要放大采集的信号，因此为了使PT100温度传感器两端的测量电压尽量的高，只有通过增加流过电阻的电流值来实现。同时，与PT100温度传感器并联的复位电阻R10的电压偏值为零，有一部分电流流过，起到电压值复位的作用。温度传感器电压读取电路采用了由三个运放组成的电路，PT100温度传感器两端的电压值通过两根导线送到两个运放的输入端，由于高阻抗，通过电流几乎为零，甚至导线自身的阻抗和连接器不会影响电压的读数。
由于PT100温度传感器可能放在电气噪声的地方，为了降低干扰，还增加由第一电容C2、第二电容C3、第三电容C4、第五电阻R8、第六电阻R9组成的滤波电路，降低电气噪声的干扰。
本发明采用通用化、模块化的扁平的盒式结构，支撑架1和左、右侧盖板均选用耐烟火的绝缘材料采用注塑工艺制造而成。安装方式采用通用轨道安装方式，轨道6通过螺栓连接固定在列车箱体中，电子模块通过带有弹簧装置的卡扣固定到轨道6上，再于电子模块两侧装上挡块5，阻止电子模块在轨道6上移动。
Claims (3)
1.温度测量电子模块，其特征在于：包括一个“U”形支撑架(1)，支撑架(1)两臂设散热孔(8)、内表面设电路板插槽(9)，还包括固定连接于支撑架(1)两侧的左侧盖板(2)和右侧盖板以及电路板组件；电路板组件包括焊接电子元器件的电路板(9)，电路板(9)上焊接有外接电源及总线的连接器(7)、信号输入/输出连接器(3)和安装于信号输入/输出连接器(3)两端的安装块(4)；电路板组件通过电路板插槽(9)安装于支撑架(1)上，并通过安装块(4)固定于支撑架(1)上；
还包括电路板(9)上的信号检测电路，信号检测电路包括由运算放大器电路构成的恒流源电路：运算放大器电路的同相输入端接直流电源，反相输入端与地之间串联第一电阻(R15)、第二电阻(R16)；运算放大器电路输出端外接PT100温度传感器后接入运算放大器反相输入端，运算放大器电路中串联第三电阻(R13)、第四电阻(R14)；PT100温度传感器两端并联有复位电阻(R10)；然后PT100温度传感器两端接入一个由第五电阻(R8)、第六电阻(R9)，第一电容(C2)、第二电容(C3)、第三电容(C4)组成的滤波电路后，接入一个由三个运放组成的温度传感器电压读取电路，电压读取电路输出端串联第七电阻(R0)后接地。
2.如权利要求1所述的温度测量电子模块，其特征在于：所述安装块(4)上开设有安装孔，支撑架(1)两臂端部设有用于安放螺母的通道(10)，通过螺栓将电路板组件与支撑架(1)固定连接。
3.如权利要求1或2所述的温度测量电子模块，其特征在于：支撑架(1)两侧分别设有圆孔和凸台，左、右侧盖板内侧对应位置设与其相配合的凸台(13)和圆孔(12)，同时左、右侧盖板外表面设置有互相配合的凸台(15)和圆孔(14)。
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