CN104729746A - 一种温度采集故障自我修复系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及温度传感器技术领域，具体来说是一种温度采集故障自我修复系统，温度采集故障自我修复系统包括温度传感器模块、数据处理和可变式电阻矩阵补偿模块，温度传感器根据实际温度的变化，得出不同的电阻值，采样电路采样后得出不同的温度值，当系统诊断出温度传感器存在故障时，通过电阻矩阵配置合适的电阻值，和传感器通过串联或并联的方式进行连接，对铂电阻进行阻值补偿。本系统能够监测系统温度传感器的工作状态，一旦出现故障，系统可根据配置情况，迅速通过控制的可变式的电阻矩阵对传感器进行补偿进行自我修复，减少人工修复不方便性和延迟性，可应用于无人值守的工作环境中，快速修复降低异常数据误采率。

Description

一种温度采集故障自我修复系统

[技术领域]

本发明涉及温度传感器技术领域，具体来说是一种温度采集故障自我修复系统。

[背景技术]

温度是表征物体冷热程度的物理量，是工业生产和科学实验中最普通、最重要的热工参数之一。物体的许多物理现象和化学性质都与温度有关,许多生产过程均是在一定的温度范围内进行的。因此在工业生产过程中，温度一直都是一个很重要的物理参数，温度的检测和控制直接和安全生产、产品质量、生产效率、节约能源等重大技术经济指标相联系，因此在国民经济的各个领域中都受到了人们的普遍重视。温度检测类仪表作为温度测量工具，也因此得到广泛应用。由于传统的温度测量仪器响应慢、精度低、可靠性差、效率低下，已经不能适应高速发展的现代化工业。

随着传感器技术和电子测量技术的迅猛发展，以单片机为主的嵌入式系统已广泛应用于工业现场。温度采集设备大多安装在工业现场，工业现场环境复杂，电磁干扰严重，系统运行在这样的环境中面临着巨大的考验，并且，随着温度采集设备布点密度不断加大，其维护难度也在不断增加，如果没有故障自我修复功能，一旦出现故障，可能导致系统运行不稳定，造成采集数据大量失真。

[发明内容]

本发明的目的是为了要解决现有技术中的温度采集设备维护难度较大，容易出现故障，系统不稳定的技术问题，提出了一种通过控制可变式的电阻矩阵对传感器进行补偿，监测系统温度传感器的工作状态的温度采集故障自我修复系统。

为了实现上述目的，设计一种温度采集故障自我修复系统，温度采集故障自我修复系统包括温度传感器模块、数据处理和可变式电阻矩阵补偿模块，温度传感器根据实际温度的变化，得出不同的电阻值，采样电路采样后得出不同的温度值，当系统诊断出温度传感器存在故障时，通过电阻矩阵配置合适的电阻值，和传感器通过串联或并联的方式进行连接，对铂电阻进行阻值补偿。

所述的温度模拟系统算法具体为：温度传感器模块检测到当温度在0～630.74℃范围内用Rt＝R0(1+At+Bt2)表示，在-190～0℃范围内为Rt＝R0(1+At+Bt2+Ct3)，式中R0、Rt为温度0°及t°时铂电阻的电阻值，t为任意温度，A、B、C为温度系数，A＝3.9684×10-3/℃，B＝-5.847×10-7/℃2，C＝-4.22×10-l2/℃3，当R0值不同时，在同样温度下，其Rt值也不同，当温度变化的时候，铂电阻的阻值也随之变化，通过以上电阻-温度表达式便可以计算出相对应的温度，采集系统出现故障时，显示温度出现失真，只需调节铂电阻的阻值，使其与正确温度下的阻值相同，即可完成系统的故障修复。

温度采集故障自我修复系统通过微控制器单元控制可变式电阻矩阵来调节铂电阻阻值，可变式电阻矩阵由若干个电阻通过继电器连接而成，需要对铂电阻进行补偿时，微控制器单元控制相应继电器通断，给铂电阻并联或串联一定阻值的电阻，实现对铂电阻阻值的调节，达到故障修复的目的。

温度采集器采取三线制接线电路和数字滤波的方法减小误差，温度采集器采用PT100铂热电阻，所述的三线制接线电路是从PT100热电阻引出的三根导线截面积和长度相同，即R1＝R2＝R3，铂电阻作为电桥的一个桥臂电阻，将一根导线，即R1接到电桥的电源端，其余两根，即R2、R3分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，两桥臂都引入了相同阻值的引线电阻，R2另一端AD转换电路输出信号端，R3另一端接地，电桥处于平衡状态，引线电阻的变化对测量结果没有任何影响。

数字滤波主要针对采样信号，采用去极值均值滤波，对于温度信号对应的电压采样值，连续采样n次，将其累加求和，同时找出其中最大值和最小值，再从累加和中减去最大值和最小值，按n-2个采样值求平均，即有效采样值。

本发明同现有技术相比较，具有以下优点：本系统能够监测系统温度传感器的工作状态，一旦出现故障，系统可根据配置情况，迅速通过控制的可变式的电阻矩阵对传感器进行补偿进行自我修复，减少人工修复不方便性和延迟性，可应用于无人值守的工作环境中，快速修复降低异常数据误采率。

[附图说明]

图1是PT100电阻-100℃-600℃的温度变化曲线图；

图2是本发明测温方案工作的原理框图；

图3是本发明测温方案流程图；

图4是PT100三线制接线图；

图5是去极值平均滤波程序流程图；

指定图3作为本发明的摘要附图。

[具体实施方式]

下面结合附图对本发明作进一步说明，这种系统的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

铂电阻是电阻式温度传感器，测温的本质其实是测量传感器的电阻，通常是将电阻的变化转换成电压或电流等模拟信号，再将模拟信号转换成数字信号，再由处理器换算出相应温度。本系统测量温度采用以下方案：设计一个恒流源通过PT100热电阻，通过检测PT100上电压的变化来换算出温度。PT100电阻-100℃-600℃的温度变化曲线图见图1。

该系统的主要思想是：系统出现故障时，采集温度值存在误差，即现在铂电阻的阻值与正确温度时阻值存在误差，通过MCU控制可变式电阻矩阵来调节铂电阻阻值，可变式的电阻矩阵有若干个电阻通过继电器连接而成，需要对铂电阻进行补偿时，MCU控制相应继电器通断，给铂电阻并联或串联一定阻值的电阻，实现对铂电阻阻值的调节，达到故障修复的目的。

如图2为测温方案工作的原理框图。

如图3所示，是本系统的测温方案流程图，以新华龙C8051F340单片机为处理器，恒流源通过热电阻，温度变化引起电阻值的变化，从而引起电压的变化，放大后经AD采用后，送由单片机处理，换算出相应温度。

温度采集传感器采用PT100铂热电阻，为提高采集精度，采取三线制接线方案和数字滤波的方法减小误差。PT100热电阻温度传感器0℃时电阻值为100Ω电阻变化率为0.3851Ω/℃，由于其电阻值小，灵敏度高，所以引线的阻值不能忽略不计，采用三线式接法可消除引线线路电阻带来的测量误差，见图4，温度采集器采用PT100铂热电阻，三线制接线电路是从PT100热电阻引出的三根导线截面积和长度相同，即R1＝R2＝R3，铂电阻作为电桥的一个桥臂电阻，将一根导线，即R1接到电桥的电源端，其余两根，即R2、R3分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，两桥臂都引入了相同阻值的引线电阻，R2另一端AD转换电路输出信号端，R3另一端接地，电桥处于平衡状态，引线电阻的变化对测量结果没有任何影响。

数字滤波主要针对采样信号，由于外界干扰或某些不可预知的因素，模拟量在受到干扰后，经A/D转换后的结果偏离了真实值，可能会出现一些随机的误差，如果只采样一次，无法确定结果是否可信。必须通过多次采样得到一个A/D转换的数据序列，通过软件算法处理后才能得到一个可信度较高的结果，这种方法就是数字滤波。数字滤波的前提是对同一数据进行多次采样，在本系统中采用的是去极值均值滤波，程序流程图如图5所示，算法原理如下：对于温度信号对应的电压采样值，连续采样n次，将其累加求和，同时找出其中最大值和最小值，再从累加和中减去最大值和最小值，按n-2个采样值求平均，即有效采样值。

Claims (5)

1.一种温度采集故障自我修复系统，其特征在于温度采集故障自我修复系统包括温度传感器模块、数据处理和可变式电阻矩阵补偿模块，温度传感器根据实际温度的变化，得出不同的电阻值，采样电路采样后得出不同的温度值，当系统诊断出温度传感器存在故障时，通过电阻矩阵配置合适的电阻值，和传感器通过串联或并联的方式进行连接，对铂电阻进行阻值补偿。

2.如权利要求1所述的一种温度采集故障自我修复系统，其特征在于所述的温度模拟系统算法具体为：温度传感器模块检测到当温度在0～630.74℃范围内用Rt＝R0(1+At+Bt2)表示，在-190～0℃范围内为Rt＝R0(1+At+Bt2+Ct3)，式中R0、Rt为温度0°及t°时铂电阻的电阻值，t为任意温度，A、B、C为温度系数，A＝3.9684×10-3/℃，B＝-5.847×10-7/℃2，C＝-4.22×10-l2/℃3，当R0值不同时，在同样温度下，其Rt值也不同，当温度变化的时候，铂电阻的阻值也随之变化，通过以上电阻-温度表达式便可以计算出相对应的温度，采集系统出现故障时，显示温度出现失真，只需调节铂电阻的阻值，使其与正确温度下的阻值相同，即可完成系统的故障修复。

3.如权利要求1所述的一种温度采集故障自我修复系统，其特征在于温度采集故障自我修复系统通过微控制器单元控制可变式电阻矩阵来调节铂电阻阻值，可变式电阻矩阵由若干个电阻通过继电器连接而成，需要对铂电阻进行补偿时，微控制器单元控制相应继电器通断，给铂电阻并联或串联一定阻值的电阻，实现对铂电阻阻值的调节，达到故障修复的目的。

4.如权利要求1所述的一种温度采集故障自我修复系统，其特征在于温度采集器采取三线制接线电路和数字滤波的方法减小误差，温度采集器采用PT100铂热电阻，所述的三线制接线电路是从PT100热电阻引出的三根导线截面积和长度相同，即R1＝R2＝R3，铂电阻作为电桥的一个桥臂电阻，将一根导线，即R1接到电桥的电源端，其余两根，即R2、R3分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，两桥臂都引入了相同阻值的引线电阻，R2另一端AD转换电路输出信号端，R3另一端接地，电桥处于平衡状态，引线电阻的变化对测量结果没有任何影响。

5.如权利要求4所述的一种温度采集故障自我修复系统，其特征在于数字滤波主要针对采样信号，采用去极值均值滤波，对于温度信号对应的电压采样值，连续采样n次，将其累加求和，同时找出其中最大值和最小值，再从累加和中减去最大值和最小值，按n-2个采样值求平均，即有效采样值。