CN103026626A

CN103026626A - 多输入电路

Info

Publication number: CN103026626A
Application number: CN2012800013123A
Authority: CN
Inventors: 朴焕基
Original assignee: Autonics Corp
Current assignee: Autonics Corp
Priority date: 2011-07-15
Filing date: 2012-07-11
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2032-07-11
Also published as: RU2524569C1; MX2012012631A; KR101293280B1; KR20130009552A; BR112012029406A2; CO6630194A2; RU2013100184A; CN103026626B; JP2013535179A

Abstract

本发明涉及一种多输入电路，其包括：第一端子，其被提供有电流设备、RTD温度传感器以及TC温度传感器的感测信号；第二端子，其被提供有所述RTD温度传感器的补偿信号和电压设备的感测信号；第三端子，其被提供有所述电流设备、所述RTD温度传感器、所述TC温度传感器以及所述电压设备的公共信号并且接地；电流设备感测信号检测单元，其连接在所述第一端子和所述第三端子之间；多路复用器，其各个输入端口连接至所述第一至第三端子以及所述电流设备感测信号检测单元的输出端；按键输入单元，其用于从所述多路复用器选择接收感测信号的所述输入端口；电源单元，其为感测所述RTD温度传感器的电阻值的变化而提供电能；开关，其接通/断开从所述电源单元提供给所述RTD温度传感器的电能；以及控制单元，其根据所述按键输入单元的选择而输出选择所述多路复用器的输入端口的控制信号和控制所述开关的接通/断开的控制信号，以接收输入至所述多路复用器的输入端口的感测信号，由此可能减少制造成本，使产品小型化，并通过允许诸如温度控制器、面板式仪表等控制测量仪器的同一输入端子接收温度传感器信号、模拟电压信号以及模拟电流信号，从而使用二极管区分信号的类型来改善用户便捷性。

Description

多输入电路

技术领域

本发明涉及一种用于控制测量仪器的使诸如温度控制器、面板式仪表等控制测量仪器之一接收各种信号的多输入电路，更具体地涉及一种用于控制测量仪器的多输入电路，其允许所述控制测量仪器的同一输入端子接收TC温度传感器信号、RTD温度传感器信号、模拟电压信号以及模拟电流信号中的任何一种信号，以作为所述控制测量仪器中主要使用的输入，从而减少输入端子的数量并简化输入电路的配置。

背景技术

一般来说，对于诸如温度控制器、信号转换器、面板式仪表等控制测量仪器来说，最近趋势是使用简单的输入电路来接收各种可能的电信号以实现方便用户操作，扩展应用并节约制造成本。图1至3示出了根据相关技术的多输入电路以简化输入电路的配置示例。

首先，根据图1所示的相关技术的一个配置示例分别包括温度传感器信号输入端子和电流信号输入端子，其中，通过第一端子、第二端子以及第三端子接收RTD温度传感器信号，通过第二端子和第三端子接收TC温度传感器信号或电压信号，但是电流信号需要转换为电压信号，因此电流信号通过连接在检测电阻器两端的第三端子和第四端子由电流信号检测电阻器接收。

然而，如上所述的输入电路配置简单，但其要求相对大量的输入端子，从而增加了制造成本，在产品的小型化方面存在局限性。

根据图2的相关技术的另一配置示例涉及一种当模拟电流信号是通过检测电阻器将输入的电流信号转换并输入为电压的输入时、使用单独提供的输入选择开关10对电流信号检测电阻器进行无源连接的方法，而不是公共地使用温度传感器信号输入端子和模拟电压信号或模拟电流信号的输入端子，以减少输入端子的数量，从而可简化输入端子和配置电路，但是由于单独的输入选择开关10的使用，存在不便性，输入选择开关10的接触电阻可能导致测量误差，并且制造成本可能增加。

根据图3的相关技术的又一配置示例涉及一种用于简化输入端子和配置电路并与图2所示的方法相似的方法，该方法允许用户取代输入选择开关10而将用于接收模拟电流信号的电流信号检测电阻器20单独连接至端子的外部，从而可简化输入端子和配置电路，但可能导致用户不便，由于配备电流信号检测电阻器20这一问题解决起来可能存在困难，并且不可能实现输入选择的自动化。

发明内容

技术问题

本发明的目的是提供一种多输入电路，其通过允许诸如温度控制器、面板式仪表等控制测量仪器的同一输入端子接收温度传感器信号、模拟电压信号以及模拟电流信号，并仅通过为各输入信号设置控制单元的按键操作来执行各种信号的输入选择，从而能够减少制造成本并使产品小型化。

技术方案

根据本发明的示例性实施例的多输入电路包括：第一端子，其被提供有电流设备、RTD温度传感器以及TC温度传感器的感测信号；第二端子，其被提供有所述RTD温度传感器的补偿信号和电压设备的感测信号；第三端子，其被提供有所述电流设备、所述RTD温度传感器、所述TC温度传感器以及所述电压设备的公共信号并且接地；电流设备感测信号检测单元，其连接在所述第一端子和所述第三端子之间；多路复用器，其各个输入端口连接至所述第一至第三端子以及所述电流设备感测信号检测单元的输出端；按键输入单元，其用于从所述多路复用器选择接收感测信号的所述输入端口；电源单元，其为感测所述RTD温度传感器的电阻值的变化而提供电能；开关，其通过从控制单元接收信号而接通/断开从所述电源单元提供给所述RTD温度传感器的电能；以及控制单元，其根据所述按键输入单元的选择而输出用于选择所述多路复用器的输入端口的控制信号和控制所述开关的接通/断开的控制信号，以接收输入至所述多路复用器的输入端口的感测信号。

所述电流设备感测信号检测单元包括串联在所述第一端子和所述第三端子之间的开关装置和检测电阻器，所述检测电阻器的检测信号输出端连接至所述多路复用器的一个输入端口。

根据示例性实施例的开关装置包括二极管，且可配置为允许所述检测电阻器仅检测在高于所述二极管的阈值电压的电压处输入的电流信号。

根据另一实施例的开关装置可包括晶体管，且其配置为在测量所述电流设备的感测信号的时候将从所述控制单元输入到所述开关装置的控制信号输入到所述晶体管的基极以导通所述晶体管。

当所述RTD温度传感器、所述TC温度传感器、所述电流设备以及所述电压设备的任何一个信号输入至所述第一端子、所述第二端子以及所述第三端子时，所述控制单元配置为通过所述多路复用器的选择而选择性地接收信号。

有益效果

根据本发明的实施例，通过允许诸如温度控制器、面板式仪表等控制测量仪器的同一输入端子接收温度传感器信号、模拟电压信号以及模拟电流信号，以使用二极管区分信号的类型，从而可以降低制造成本和使产品小型化。

进一步地，通过去除输入选择开关可以提高使用便捷性，通过减少由输入选择开关的接触电阻导致的测量误差可以改善测量度。

附图说明

图1至3是根据相关技术的控制测量仪器的配置示意图；

图4是根据本发明的示例性实施例的连接有电流设备、电压设备、RTD温度传感器以及TC温度传感器的多输入电路；

图5是示出使用二极管和检测电阻器检测图4的电流设备的感测信号的示例性实施例的示意图；

图6是示出使用晶体管和检测电阻器检测图4的电流设备的感测信号的示例性实施例的示意图。

具体实施例

在下文中，将参考附图详细描述根据本发明的示例性实施例的多输入电路的示例性实施例的配置和操作。

如图4所示，多输入电路100包括：第一端子110、第二端子120、第三端子130、电流设备感测信号检测单元140、多路复用器150、电源单元160、开关170、控制单元180以及按键输入单元190。另外，如下所述，显示单元200可连接至控制单元180的输出端，显示单元200可对连接至多输入电路100的第一端子110至第三端子130的RTD温度传感器300、TC温度传感器400、电流设备500以及电压设备600的感测信号进行接收并显示。

第一端子110是接收由RTD温度传感器300和TC温度传感器400或电流设备500感测的信号的端子，由RTD温度传感器300和TC温度传感器400或电流设备500感测并传输的各温度信号和电流信号被输入至下述的多路复用器150。

第二端子120是接收RTD温度传感器300的补偿信号和电压设备600的感测信号的端子，从RTD温度传感器300和电压设备600传输的补偿信号和电压信号被输入至下述的多路复用器150。

第三端子130是连接有RTD温度传感器300、TC温度传感器400、电流设备500以及电压设备600和多路复用器150的公共端子的端子。

电流设备感测信号检测单元140是将由电流设备500感测的电流信号转换为可由控制单元180识别的电压信号、并将转换后的电压信号输入至多路复用器150的一个输入端口的设备，其包括开关装置141和检测电阻器142。

开关装置140仅在打算通过多路复用器150接收电流设备500的感测信号的时候才被接通，从而将电流设备500感测到的电流信号通过检测电阻器142转换为电压信号然后输入至控制单元180。

多路复用器150连接至第一端子110、第二端子120、第三端子130以及电流设备感测信号检测单元140的输出端，并包括A端子151、B端子152、C端子153以及D端子154。

在本配置中，A端子151、B端子152、C端子153以及D端子154都是外部信号借此输入至多路复用器150的输入端口，其中，A端子151连接至第一端子110、B端子152连接至电流设备感测信号检测单元140的输出端、即检测电阻器142的一个端子，C端子153连接至第二端子120，D端子154连接至第三端子130。

如上所述，多路复用器150将输入至A端子151、B端子152、C端子153以及D端子154的外部信号传输至控制单元180。

电源单元160为了将随着RTD温度传感器300的温度而变化的电阻值的变化转换为电压而提供电能，其连接至第一端子110和多路复用器150的A端子151，其仅在打算接收RTD温度传感器的感测信号的时候接收控制单元180的信号以接通开关170并将电能施加给RTD温度传感器300。

控制单元180控制多路复用器150以输出从A端子151、B端子152、C端子153以及D端子154接收到的外部信号之一，并且控制单元180将从多路复用器150传输的信号转换为数字信号，并将该数字信号传输至显示单元200以显示为数字值。连接至控制单元180的按键输入单元190允许用户在控制单元180中对将要连接至多路复用器150的输入端口、即将要连接至各个端子110至130的传感器、电流设备或电压设备进行设置，控制单元180控制多路复用器150和开关170以满足相应的输入。

图5示出了如图4所示的根据本发明的示例性实施例的包括二极管和检测电阻器的电流设备感测信号检测单元140的示例性实施例。在图5所示的部件中，与图4所示部件具有相同功能的部件用与图4所示部件所附的相同附图标记标示，此处将省略对这些部件的详细描述以避免重复描述。

用作图5所示的电流设备感测信号检测单元140的开关装置141的一个或多个二极管143串联在第一端子110和第三端子130之间。此处，可使用P-N结二极管、肖特基二极管、齐纳二极管等作为二极管143。

如此，二极管的阈值电压由以下[方程1]定义：

V_{F} = n V_{T} \ln (\frac{I}{I_{S}})

此处，V_F表示二极管的阈值电压，n表示异常因子，I表示二极管电流，I_S表示二极管的饱和电流，V_T表示Kt/q。另外，在V_T、即在kT/q中，k表示1.602176487*10^-19[c]，k表示1.3806504*10^-23[J/K]，T表示300K。

如此，二极管143具有大约0.5V～1.0V范围内的导通电压，当使用P-N结二极管时，其具有-2mV/℃的温度特性。如此，当电流恒定时，显示出二极管143的导通电压和温度特性。

检测电阻器142在第一端子110和第三端子130之间串联至二极管143。检测电阻器142将要对流经已导通的二极管143的电压进行检测。另外，检测电阻器142连接至下述的多路复用器150的B端子152，以将相对于通过将导通二极管143的电流穿过检测电阻器142所产生的电压降的电流信号传输至B端子152。

即是说，二极管143仅将在高于二极管的阈值电压的电压处输入的电流信号传输至检测电阻器142，从而在检测电阻器142的两端检测电流。其结果是，可以测量电流设备500的感测电流，而不受二极管的残余电压的影响。

图6是示出使用晶体管和检测电阻器检测如图4所示的根据本发明的示例性实施例的电流设备的感测信号的示例性实施例的示意图。与图5相似，在图6所示的部件中，与图4所示部件具有相同功能的部件用与图4所示部件所附的相同附图标记标示，此处将省略对这些部件的详细描述以避免重复描述。

在图6中，当用作电流设备感测信号检测单元140的开关装置141的晶体管144是例如PNP型晶体管时，其集电极连接至第一端子110和多路复用器150的A端子151，其发射极连接至检测电阻器142和多路复用器150的B端子152，其基极连接至控制单元180，以仅在输入电流设备500的感测信号的时候通过控制单元180的控制信号导通晶体管144，从而将从集电极传输的电流信号经由检测电阻器142传输到第三端子130。在这种情况下，晶体管144配置为将在检测电阻器142的两端产生的电压传输至多路复用器150的B端子152。

在下文中，在由二极管和检测电阻器配制而成的电流设备感测信号检测单元140的示例性配置中，将更加详细地描述一种将从RTD温度传感器300、TC温度传感器400、电流设备500以及电压设备600输入的温度信号、电流信号以及电压信号输入至多路输入电路100的方法和一种通过控制单元180将输入至多路输入电路100的信号进行输出的方法。

首先，当RTD温度传感器300连接至多路输入电路100时，RTD温度传感器300连接至第一端子110、第二端子120以及第三端子130。在这种情况下，RTD温度传感器300连接至第一端子110、第二端子120以及第三端子130的原因是RTD温度传感器300的连接端子（包括补偿信号端子）的数量为三个。

如此，开关170通过控制单元180的控制被接通，以将从电源单元160提供的电能从第一端子110提供给连接至第一端子110、第二端子120以及第三端子130的RTD温度传感器300。如此，提供给第一端子110的电能被提供给RTD温度传感器300，然后流至第三端子130。

此处，产生与连接至第一端子110的RTD温度传感器300的线路电阻、连接至第三端子130的RTD温度传感器300的线路电阻、以及RTD温度传感器300的电阻之和成比例的信号电压，并将该信号电压输入至多路复用器150的A端子151，将由从RTD温度传感器300到第三端子130的线路电阻所产生的线路电压通过第二端子120输入至多路复用器150的C端子153。在这种情况下，第三端子130和多路复用器150的D端子154处于公共接地（GND）信号上，并且多路复用器的A端子151、B端子152以及C端子153由于高输入阻抗而不被提供有电流，因此不影响信号。

一般说来，RTD温度传感器300具有相同的上下线路长度，因此，当从输入至多路复用器150的A端子151的信号电压减去输入至多路复用器150的C端子153的线路电压的双倍值时，输入至多路复用器150的C端子153的线路电压的双倍值由于RTD温度传感器300而处于纯信号上。这个方法称为线路补偿。因此，位于温度测量点较远处的RTD温度传感器300具有几Ω到几十Ω的线路电阻，因此线路补偿是必要的。

进一步地，RTD温度传感器使用在0℃处阻值为100Ω并且信号的输出电压范围为200mV以下的传感器，所述输出电压范围未达到布置在多路复用器150的第一端子110和第三端子130之间的二极管143的阈值电压，因此该二极管143不会导通，从而不存在信号损失。

当电流设备500连接至多输入电路100时，电流设备500连接至第一端子110和第三端子130，控制单元180控制开关170使其处于断开状态，从而阻断来自电源单元160的电能供应。此处，模拟电流信号从电流设备500输出，模拟电流信号输入至第一端子110。

在这种情况下，模拟电流信号一般是在10V～30V电压处传输的4mA～20mA、或0mA～20mA的信号，因此超出了二极管143的阈值电压以使得二极管143导通。如此，形成了已导通的电压经由检测电阻器142流过第三端子130所经过的闭环。在这种情况下，发生了对应于二极管143的阈值电压的电压损失，但是不会发生电流信号损失，因此，相对于由流经检测电阻器142的两端的电流信号所产生的电压降的电流信号被输入至多路复用器150的B端子152。

如上所述，虽然施加到多输入电路100的RTD温度传感器300的温度信号和电流设备500的电流信号是通过相同的第一端子110和第三端子130输入的，也不会发生各信号损失。因此，当输入信号为RTD温度传感器300的温度信号时，控制单元180选择通过多路复用器150的A端子151输入的温度信号作为输出以测量温度信号，当输入信号为电流设备500的电流信号时，控制单元180选择通过多路复用器150的B端子152输入的电流信号作为输出以测量电流信号。

当TC温度传感器400连接至多路输入电路100时，TC温度传感器400可连接至第一端子110和第三端子130。在这种情况下，TC温度传感器400自身产生电压，因而不需要被提供电能，从而控制单元180断开开关170以阻断自电源单元160的电能供应。

如上所述，当TC温度传感器400连接至第一端子110和第三端子130时，温度信号基于连接至第三端子130和多路复用器150的D端子154的地面而通过第一端子110输入至多路复用器150的A端子151，从而控制单元180选择通过A端子151输入的温度信号作为输出以测量温度信号。在这种情况下，通过第一端子110输入的TC温度传感器信号为100mV以下，因此其不会导通二极管143，并且其被传输至多路复用器150的A端子151。

当电压设备600连接至多路输入电路100时，电压设备600连接至多路复用器的第二端子120和第三端子130，并且当使用电压设备600时，不需要电能供应，因此，控制单元180断开开关170以阻断来自电源单元160的电能供应。

如此，当使用电压设备600时，因为电压信号是基于连接至第三端子130和多路复用器150的D端子154的地面而被输入至多路复用器的C端子153，控制单元180选择通过多路复用器150的C端子153输入的电压信号作为输出以测量电压信号。

接下来，在由晶体管和检测电阻器配置而成的电流设备感测信号检测单元140的示例性实施例中，将更详细地描述一种将从RTD温度传感器300、TC温度传感器400、电流设备500以及电压设备600输入的温度信号、电流信号以及电压信号输入至多路输入电路100的方法和一种通过控制单元180将输入至多路输入电路100的信号进行输出的方法。

除了测量电流设备500的电流信号这种情况以外，控制单元180对晶体管144进行控制使其处于断开状态。

在这种状态下，与以上描述相似，RTD温度传感器300连接至第一端子110、第二端子120以及第三端子130，并通过接通的开关170从电源单元160提供电能，从而将RTD温度传感器300的感测信号从第一端子110、第二端子120以及第三端子130输入至多路复用器150的A端子151、C端子153以及D端子154，并且无信号损失。

另外，当电压设备600连接至第二端子120和第三端子130时，控制单元180选择通过C端子153输入的电压信号作为输出以执行测量。另一方面，当TC温度传感器400连接至第一端子110和第三端子130时，晶体管144处于断开状态，因此，TC温度传感器400的温度信号输入至A端子151，控制单元180选择通过A端子151输入的温度信号作为输出以执行测量。

进一步地，当电流设备500连接至多路输入电路100时，电流设备500连接至第一端子110和第三端子130，控制单元180对开关170进行控制使其处于断开状态、并对晶体管144进行控制使其导通，同时阻断来自电源单元160的电能供应。

因此，从电流设备500输出的模拟输出电流信号被输入至第一端子110。形成了输入至第一端子110的模拟电流信号经由导通的晶体管144和检测电阻器流经第三端子130所经过的闭环。在这种情况下，由于导通的晶体管144，发生了对应于饱和电压的电压损失，但是不会发生电流信号损失，因此，相对于由流经检测电阻器142的两端的电流信号所产生的电压降的电流信号输入至多路复用器150的B端子152，控制单元180选择通过B端子152输入的电流信号作为输出以执行测量。

本说明书描述了根据本发明的多输入电路的示例性实施例，但本发明不限于此。在以下权利要求书或附图内，可对本发明进行多种多样的变化，这属于本发明的范围。

附图标记列表

10：输入选择开关

20：检测电阻器

100：多输入电路

110：第一端子

120：第二端子

130：第三端子

140：电流设备感测信号检测单元

141：开关装置

142：检测电阻器

143：二极管

144：晶体管

150：多路复用器

160：电源单元

170：开关

180：控制单元

190：按键输入单元

200：显示单元

300：RTD温度传感器

400：TC温度传感器

500：电流设备

600：电压设备

Claims

1.一种多输入电路，其包括：

第一端子，其被提供有电流设备、RTD温度传感器以及TC温度传感器的感测信号；

第二端子，其被提供有所述RTD温度传感器的补偿信号和电压设备的感测信号；

第三端子，其被提供有所述电流设备、所述RTD温度传感器、所述TC温度传感器以及所述电压设备的公共信号并且被接地；

电流设备感测信号检测单元，其连接在所述第一端子和所述第三端子之间；

多路复用器，其各个输入端口各自连接至所述第一至第三端子以及所述电流设备感测信号检测单元的输出端；

按键输入单元，其用于从所述多路复用器选择接收感测信号的所述输入端口；

电源单元，其为感测所述RTD温度传感器的电阻值的变化而提供电能；

开关，其用于接通/断开从所述电源单元提供给所述RTD温度传感器的电能；以及

控制单元，其根据所述按键输入单元的选择而输出用于选择所述多路复用器的输入端口的控制信号和控制所述开关的接通/断开的控制信号，以接收输入至所述多路复用器的输入端口的感测信号。

2.如权利要求1所述的多输入电路，其中，所述电流设备感测信号检测单元包括串联在所述第一端子和所述第三端子之间的开关装置和检测电阻器，所述检测电阻器的检测信号输出端连接至所述多路复用器的一个输入端口。

3.如权利要求2所述的多输入电路，其中，所述开关装置包括二极管，且配置为允许所述检测电阻器仅检测在高于所述二极管的阈值电压的电压处输入的电流信号。

4.如权利要求2所述的多输入电路，其中，所述开关装置包括晶体管，且配置为在测量所述电流设备的感测信号的时候将从所述控制单元输入到所述开关装置的控制信号输入到所述晶体管的基极以导通所述晶体管。

5.如权利要求1～5中任一项所述的多输入电路，其中，当所述RTD温度传感器、所述TC温度传感器、所述电流设备以及所述电压设备的任何一个信号输入至所述第一端子、所述第二端子以及所述第三端子时，所述控制单元配置为通过所述多路复用器的选择而选择性地接收信号。