CN106706152A - 一种平衡式的高精度温度检测装置 - Google Patents

一种平衡式的高精度温度检测装置 Download PDF

Info

Publication number
CN106706152A
CN106706152A CN201611074041.0A CN201611074041A CN106706152A CN 106706152 A CN106706152 A CN 106706152A CN 201611074041 A CN201611074041 A CN 201611074041A CN 106706152 A CN106706152 A CN 106706152A
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
module
precision
temperature detection
data
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201611074041.0A
Other languages
English (en)
Inventor
王宇雷
肖萌萌
钱越
王少荣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huazhong University of Science and Technology
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huazhong University of Science and Technology filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN201611074041.0A priority Critical patent/CN106706152A/zh
Publication of CN106706152A publication Critical patent/CN106706152A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G01K7/22—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a non-linear resistance, e.g. thermistor

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Control Of Temperature (AREA)

Abstract

本发明涉及温度检测领域，提供一种平衡式的高精度温度检测装置，包括受保护的电源模块、控制模块、可控的平衡式温度检测模块和通信模块；所述电源模块外加DC直流电源，所述平衡式温度检测模块从两组温度/电压信号采样端口采集监测对象的温度/电压信号，一组接热敏电阻，一组接精密标准电阻；所述控制模块转达由数据采集系统下达的温度信号采集命令并接收采集到的电压信号数据、计算出真实的温度信号数据，控制模块还负责与通信模块交换数据，接收来自数据采集系统的温度采集命令并上传采集到的高精度温度信号数据；所述通信模块为整个检测装置提供通信服务。本发明用于检测各类监测对象的温度信号，为各种监测系统提供高精度的温度信号数据。

Description

一种平衡式的高精度温度检测装置
技术领域
本发明涉及温度检测领域，具体涉及一种平衡式的高精度温度检测装置。
背景技术
随着大数据时代的到来，监测系统需要承担更多与更复杂的任务，由此，其数据处理子系统要求其数据采集子系统收集更多、更全面以及更精确的数据以供处理。温度信号作为一个重要的信号数据，在诸如工作环境温度控制、绝缘劣化监测、系统短路处理和负荷过载切除等多种任务场合下具有重要应用，已然成为监测系统所必须采集的信号数据之一。
然而，一方面，对于某些较旧或规格较低的监测系统而言，其数据采集子系统并不对温度信号进行检测；另一方面，即使配备了温度检测装置，相当数量的温度检测装置的温度检测精度都不能满足监测系统的数据处理子系统对温度信号数据精度的要求。通过为监测系统配备高精度的温度检测装置，其数据采集子系统将能采集到更加精确的温度信号数据，为其数据处理子系统处理更多的任务、解决更加复杂的问题以及做出更为准确的判断提供基础数据支撑，这对提高监测系统的整体性能，创造出更多的经济价值，具有重要的实际意义。
发明内容
本发明的目的正是基于上述技术背景，而提供一种平衡式的高精度温度检测装置，用于检测各类监测对象的温度信号，为各种监测系统提供高精度的温度信号数据，同时具有低功耗、安全可靠与成本低廉等优点。
本发明的发明目的是通过如下技术方案实现的。
一种平衡式的高精度温度检测装置，包括受保护的电源模块、控制模块、可控的平衡式温度检测模块和通信模块；
所述电源模块外加DC直流电源，模块内部包括前级二极管阵列和后级DC/DC转换单元，前级二极管阵列对后级DC/DC转换单元起保护作用；电源模块为控制模块、可控的平衡式温度检测模块与通信模块提供工作电源；
所述平衡式温度检测模块从两组温度/电压信号采样端口采集监测对象的温度/电压信号，一组接热敏电阻，一组接精密标准电阻，并向控制模块输出两组采样温度/电压信号，控制模块同时使用这两组数据，消除由电源模块不一致引入的基准电压误差，得到高精度的温度信号数据；平衡式温度检测模块使用一个三极管载入与切除热敏电阻/精密标准电阻的工作电源，三极管由控制模块控制，在非采集时间段内控制热敏电阻/精密标准电阻处于切除状态，在采集时间段内控制热敏电阻/精密标准电阻处于载入状态；
所述控制模块为平衡式温度检测模块提供时钟信号、控制该模块的选通与关断，转达由数据采集系统下达的温度信号采集命令并接收采集到的电压信号数据、计算出真实的温度信号数据，同时为热敏电阻/精密标准电阻的工作电源提供单独的控制信号，控制热敏电阻/精密标准电阻的载入与切除；控制模块还负责与通信模块交换数据，接收来自数据采集系统的温度采集命令并上传采集到的高精度温度信号数据；
所述通信模块为整个检测装置提供通信服务，包括硬件电路和通信协议转换，通信模块向上接收监测系统的数据采集子系统下达的温度信号采集命令并将采集到的温度信号数据上传给数据采集子系统，向下传达数据采集子系统的命令并接收控制模块计算出的温度信号数据。
在上述技术方案中，所述电源模块通过两根电源线+24V与+24V_GND接入外部输入电源，+24V经过一个正向二极管接入DC/DC直流电源隔离转换器件的+Vin，+24V_GND直接接入DC/DC直流电源隔离转换器件的-Vin，同时在DC/DC直流电源隔离转换器件的+Vin与-Vin之间跨接一个反向二极管，DC/DC直流电源隔离转换器件的+5V与GND输出装置内部器件正常工作所需的+5V电源。
在上述技术方案中，所述控制模块包括控制芯片AT89C2051，控制芯片的通用I/O端口P1.6经一个电阻接三极管Q4的基极，三极管Q4的发射极接+5V，集电极接+5V1；控制芯片的端口P3.2与P3.3分别接平衡式温度检测模块的温度检测芯片ADS1118的时钟输入端口SCLK与片选端口，控制芯片的端口P3.4与P3.5分别连接温度检测芯片的数据输入端口DIN与数据输出端口DOUT，控制芯片的端口P3.0与P3.1分别复用为RXD与TXD接通信模块的通信芯片MAX485的RXD与TXD，控制芯片的端口P1.7接通信芯片的输出使能DE。
在上述技术方案中，所述平衡式温度检测模块包括温度检测芯片ADS1118，温度检测芯片的一组温度/电压信号采集端口AIN0、AIN1分别经一个限流电阻接热敏电阻的两端，温度检测芯片的另一组温度/电压信号采集端口AIN2、AIN3分别经一个限流电阻接精密标准电阻的两端，热敏电阻与精密标准电阻的两端各经一个分压电阻，分别连接+5V1与GND；温度检测芯片的两组温度/电压信号采集端口各接一组二极管保护阵列。
在上述技术方案中，所述通信模块包括通信芯片MAX485，通信芯片的输出使能DE与输入使能短接，A与B差分信号线接端子排的A与B并与外部通信线连接。
在上述技术方案中，本发明装置的外部输入电源为直流电压+24V。
与现有技术相比，本发明提供的平衡式的高精度温度检测装置具有以下优点：
（1）在电源输入端口添加了二级管阵列以防止输入电源误接反向损坏装置内的DC/DC直流电源隔离转换器件，减少了人为操作失误引发的装置损毁。
（2）受制于电子元器件自身精度的影响，针对每一个温度检测装置实例，温度检测电路可能出现不一致的现象；对此，温度检测模块采用平衡式的设计方案，同时从两组温度/电压信号采集端口采集监测对象的温度/电压信号，一组端口采集热敏电阻上的温度/电压信号，另一组采集精密标准电阻上的温度/电压信号，并将这两组温度/电压信号数据一起发送给控制模块，控制模块将使用由精密标准电阻上得到的温度/电压信号数据校正由热敏电阻上得到的温度/电压信号数据，消除由检测电路不一致引入的精度误差，得到高精度的温度信号数据。
（3）控制模块控制热敏电阻/精密标准电阻工作电源的载入与切除，使负责采集温度/电压信号的热敏电阻/精密标准电阻在装置工作的大部分时间段内处于切除状态，此时，热敏电阻/精密标准电阻上的不存在电流流过，无发热现象，当需要采集温度信号时，由于热敏电阻/精密标准电阻上没有累积性的热量，使得平衡式温度检测模块可以采集到监测对象的真实温度信号而不是热敏电阻/精密标准电阻工作发热与监测对象温度信号的叠加；同时，由于没有热量累积效应，热敏电阻/精密标准电阻上也就可以流过更大的电流，使热敏电阻/精密标准电阻上产生更大的电压降落，使得较小的温度变化即可在热敏电阻上产生较大的电压降落，提高了温度检测芯片的灵敏性；另一方面，由电磁干扰产生的电压波动在较大的电压降落下，占比也显著下降，提高了温度检测芯片对电磁干扰的抵抗能力；以上，从不同方面大幅提高了温度检测模块的精度。
（4）由于热敏电阻/精密标准电阻在装置工作的大部分时间段内处于切除状态，由此降低了装置的整体功耗。
（5）温度检测芯片的温度/电压信号采集端口外接二极管保护阵列，防止了在强电磁干扰下，由暴露在外，检测监测对象温度信号的热敏电阻/精密标准电阻引入的过电压，保护了温度检测芯片，使得整个装置最为脆弱的部分得到有效的保护，大大提高了装置整体的寿命。
附图说明
图1为本发明装置的原理框图。
图2为本发明装置中平衡式温度检测模块的电路连接图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与贡献易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
如图1、2所示，本发明实施例提供一种平衡式的高精度温度检测装置，包括受保护的电源模块、控制模块、可控的平衡式温度检测模块和通信模块；
所述电源模块通过两根电源线+24V与+24V_GND接入外部输入电源，+24V经过一个正向二极管接入DC/DC直流电源隔离转换器件的+Vin，+24V_GND直接接入DC/DC直流电源隔离转换器件的-Vin，同时在DC/DC直流电源隔离转换器件的+Vin与-Vin之间跨接一个反向二极管，DC/DC直流电源隔离转换器件的+5V与GND输出装置内部器件正常工作所需的+5V电源。
所述控制模块包括控制芯片AT89C2051，控制芯片的通用I/O端口P1.6经一个电阻接三极管Q4的基极，三极管Q4的发射极接+5V，集电极接+5V1；控制芯片的端口P3.2与P3.3分别接平衡式温度检测模块的温度检测芯片ADS1118的时钟输入端口SCLK与片选端口，控制芯片的端口P3.4与P3.5分别连接温度检测芯片的数据输入端口DIN与数据输出端口DOUT，控制芯片的端口P3.0与P3.1分别复用为RXD与TXD接通信模块的通信芯片MAX485的RXD与TXD，控制芯片的端口P1.7接通信芯片的输出使能DE。
所述平衡式温度检测模块包括温度检测芯片ADS1118，温度检测芯片的一组温度/电压信号采集端口AIN0、AIN1分别经一个限流电阻接热敏电阻的两端，温度检测芯片的另一组温度/电压信号采集端口AIN2、AIN3分别经一个限流电阻接精密标准电阻的两端，热敏电阻与精密标准电阻的两端各经一个分压电阻，分别连接+5V1与GND；温度检测芯片的两组温度/电压信号采集端口各接一组二极管保护阵列。
所述通信模块包括通信芯片MAX485，通信芯片的输出使能DE与输入使能短接，A与B差分信号线接端子排的A与B并与外部通信线连接。
正常工作的时候，在电源模块上加+24V电源到+24V与+24V_GND之间。当接通外部电源时，DC/DC直流电源隔离转换模块将输出装置内部器件正常工作所需的+5V电源。
装置上电以后，将温度检测芯片ADS1118配置寄存器的MODE位置1，使温度检测芯片ADS1118工作在单次模式，以此降低温度检测芯片ADS1118的功耗；同时将配置寄存器的TS_MODE位清零使温度检测芯片ADS1118工作在ADC模式，不使用温度检测芯片ADS1118内置的14位温度传感器而使用外部高精度热敏电阻采集监测对象的16位温度/电压信号数据，提高温度/电压信号数据的精度。
当监测系统的数据采集子系统下达数据采集命令时，控制芯片AT89C2051拉高P1.6以导通三极管Q4，为热敏电阻和精密标准电阻提供工作电源；然后拉低P3.2以选中温度检测芯片ADS1118，同时通过P3.3向温度检测芯片ADS1118输出方波时钟信号、通过P3.4向温度检测芯片ADS1118下达温度/电压信号采集命令（即将ADS1118配置寄存器的SS位置位），随后温度检测芯片ADS1118开始进行温度/电压信号的采集。当温度检测芯片ADS1118完成温度/电压信号的采集时，其DOUT端口会产生一个下降沿中断，控制芯片AT89C2051通过与该端口连接的P3.5侦测到该信号，随后读取温度检测芯片ADS1118采集的温度/电压信号数据。当控制芯片AT89C2051完成温度/电压信号数据的读取后，拉低P1.6以关断三极管Q4，拉高P3.2以取消对温度检测芯片ADS1118的选中，同时P3.3停止向温度检测芯片ADS1118输出方波时钟信号。至此，一次完整的温度/电压信号采集任务执行完毕。
随后，控制芯片AT89C2051计算出精确的温度信号数据并拉高P1.7，向监测系统的数据采集子系统传输温度信号数据。
如图2所示，电源模块产生的+5V电源经三极管Q4接热敏电阻/精密标准电阻的工作电源+5V1，控制三极管Q4的导通与关断即可控制热敏电阻/精密标准电阻工作电源的载入与切除；精密标准电阻受温度影响较小，可以放置于印刷电路版上（图2中R39），亦可放置于监测对象处（图2中由TEM3和TEM4两根连接线引出，若采用引出方案，则制板时R39不焊即可），热敏电阻由TEM1和TEM2两根连接线引出放置于监测对象处；温度检测芯片ADS1118使用温度/电压信号采集端口AIN0与AIN1采集热敏电阻上的电压降落，使用AIN2与AIN3采集精密标准电阻上的电压降落；两组温度/电压信号采集端口各自外接一组二极管保护阵列以保护温度检测芯片ADS1118。

Claims (5)

1.一种平衡式的高精度温度检测装置，其特征在于：包括受保护的电源模块、控制模块、可控的平衡式温度检测模块、通信模块；
所述电源模块外加DC直流电源，模块内部包括前级二极管阵列和后级DC/DC转换单元，前级二极管阵列对后级DC/DC转换单元起保护作用；受保护的电源模块为控制模块、可控的平衡式温度检测模块与通信模块提供工作电源；
所述平衡式温度检测模块从两组温度/电压信号采样端口采集监测对象的温度/电压信号，一组接热敏电阻，一组接精密标准电阻，并向控制模块输出两组采样温度/电压信号，控制模块同时使用这两组数据，消除由电源模块不一致引入的基准电压误差，得到高精度的温度信号数据；平衡式温度检测模块使用一个三极管载入与切除热敏电阻/精密标准电阻工作电源的载入与切除，三极管由控制模块控制，在非采集时间段内控制热敏电阻/精密标准电阻处于切除状态，在采集时间段内控制热敏电阻/精密标准电阻处于载入状态；
所述控制模块为平衡式温度检测模块提供时钟信号、控制该模块的选通与关断,转达由数据采集系统下达的温度信号采集命令并接收采集到的电压信号数据、计算出真实的温度信号数据，同时为热敏电阻/精密标准电阻的工作电源提供单独的控制信号，控制热敏电阻/精密标准电阻的载入与切除；控制模块还负责与通信模块交换数据，接收来自数据采集系统的温度采集命令并上传采集到的高精度温度信号数据；
所述通信模块为整个检测装置提供通信服务，包括硬件电路和通信协议转换，通信模块向上接收数据采集系统的命令与上传温度信号数据，向下传达数据采集系统的命令并接收控制模块计算出的温度信号数据。
2.根据权利要求1所述的平衡式的高精度温度检测装置，其特征在于：所述电源模块通过两根电源线+24V与+24V_GND接入外部输入电源，+24V经过一个正向二极管接入DC/DC直流电源隔离转换器件的+Vin，+24V_GND直接接入DC/DC直流电源隔离转换器件的-Vin，同时在DC/DC直流电源隔离转换器件的+Vin与-Vin之间跨接一个反向二极管，DC/DC直流电源隔离转换器件的+5V与GND输出装置内部器件正常工作所需的+5V电源。
3.根据权利要求1所述的平衡式的高精度温度检测装置，其特征在于：所述控制模块包括控制芯片AT89C2051，控制芯片的通用I/O端口P1.6经一个电阻接三极管Q4的基极，三极管Q4的发射极接+5V，集电极接+5V1；控制芯片的端口P3.2与P3.3分别接平衡式温度检测模块的温度检测芯片ADS1118的时钟输入端口SCLK与片选端口 ，控制芯片的端口P3.4与P3.5分别连接温度检测芯片的数据输入端口DIN与数据输出端口DOUT，控制芯片的端口P3.0与P3.1分别复用为RXD与TXD接通信模块的通信芯片MAX485的RXD与TXD，控制芯片的端口P1.7接通信芯片的输出使能DE。
4.根据权利要求1所述的平衡式的高精度温度检测装置，其特征在于：所述平衡式温度检测模块包括温度检测芯片ADS1118，温度检测芯片的一组温度/电压信号采集端口AIN0、AIN1分别经一个限流电阻接热敏电阻的两端，温度检测芯片的另一组温度/电压信号采集端口AIN2、AIN3分别经一个限流电阻接精密标准电阻的两端，热敏电阻与精密标准电阻的两端各经一个分压电阻，分别连接+5V1与GND；温度检测芯片的两组温度/电压信号采集端口各接一组二极管保护阵列。
5.根据权利要求1所述的平衡式的高精度温度检测装置，其特征在于：所述通信模块包括通信芯片MAX485，通信芯片的输出使能DE与输入使能短接，A与B差分信号线接端子排的A与B并与外部通信线连接。
CN201611074041.0A 2016-11-29 2016-11-29 一种平衡式的高精度温度检测装置 Pending CN106706152A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611074041.0A CN106706152A (zh) 2016-11-29 2016-11-29 一种平衡式的高精度温度检测装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611074041.0A CN106706152A (zh) 2016-11-29 2016-11-29 一种平衡式的高精度温度检测装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106706152A true CN106706152A (zh) 2017-05-24

Family

ID=58934201

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611074041.0A Pending CN106706152A (zh) 2016-11-29 2016-11-29 一种平衡式的高精度温度检测装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106706152A (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201045596Y (zh) * 2007-06-19 2008-04-09 张陈 可恢复式线型感温探测器用微机调制器
CN101329812A (zh) * 2008-07-24 2008-12-24 东南大学 多通道、高精度数据采集器
CN203414433U (zh) * 2013-08-02 2014-01-29 杭州电子科技大学 一种烘干过程的温湿度检测系统
CN103968969A (zh) * 2013-01-29 2014-08-06 西门子公司 温度测量装置和可编程片上系统芯片
CN204085727U (zh) * 2014-09-23 2015-01-07 辽宁大学 一种无线温度检测装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201045596Y (zh) * 2007-06-19 2008-04-09 张陈 可恢复式线型感温探测器用微机调制器
CN101329812A (zh) * 2008-07-24 2008-12-24 东南大学 多通道、高精度数据采集器
CN103968969A (zh) * 2013-01-29 2014-08-06 西门子公司 温度测量装置和可编程片上系统芯片
CN203414433U (zh) * 2013-08-02 2014-01-29 杭州电子科技大学 一种烘干过程的温湿度检测系统
CN204085727U (zh) * 2014-09-23 2015-01-07 辽宁大学 一种无线温度检测装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104391480B (zh) 一种基于专家系统的数控机床故障诊断系统
CN100409264C (zh) 一种低功耗地温自动检测仪及检测方法
CN101872193B (zh) 基于现场总线的多功能测控模块
CN103162093B (zh) 一种用于输油管道漏磁检测器的数据采集装置及方法
CN104977459A (zh) 电流检测装置和用该装置制成的电能表及其计量方法
CN102890185A (zh) 用于列车供电系统的接地漏电流检测装置
CN204667117U (zh) 一种基于通用a/d检测范围自适应的模拟量检测装置
CN105527893B (zh) 一种抗干扰多通道模拟量采样电路与方法
CN104062025A (zh) 一种节能自动ad温度采集监控系统
CN205049678U (zh) 摄像头模组开短路测试装置
CN103063954A (zh) 一种多传感器阵列的电力设备状态监测系统
CN104625276A (zh) 一种火花机在线运行参数实时监控系统及其监控方法
CN206975092U (zh) 一种自动测试系统阻抗电压测试装置
CN106706152A (zh) 一种平衡式的高精度温度检测装置
CN206235726U (zh) 一种用于电子式电能表压力测试和功能测试的装置
CN201530833U (zh) 高炉冷却壁数字式水温差实时集散测量装置
CN208984234U (zh) 多通道温度隔离测量系统
CN202189025U (zh) 多功能淬火介质冷却特性测试仪
CN106094630A (zh) 一种轨道车辆调试信号自动采集装置
CN105527036A (zh) 基于cmc的智能温度变送器
CN104535875A (zh) 用于电力系统动态模拟实验平台的电力参数无线监控终端
CN205483303U (zh) 基于cmc的智能温度变送器
CN108020336A (zh) 一种多路温度监测系统
CN204832148U (zh) 一种应用于烟气在线监测的无线传感器
CN204287285U (zh) 一种万用表测量采集卡

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170524