CN110006555A - 一种热电偶与压力传感器快速测量装置 - Google Patents

一种热电偶与压力传感器快速测量装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种热电偶与压力传感器快速测量装置，包括多路热电偶测量模块、压力传感器测量模块、切换电路模块和电源模块；所述多路热电偶测量模块用以同时测量多个热电偶的阻值；所述压力传感器测量模块用以测量压力传感器的额定电阻值；所述切换电路模块与所述多路热电偶测量模块或所述压力传感器测量模块连接，用以切换快速测量装置的工作模式，实现热电偶或压力传感器的快速测量；所述电源模块与所述切换电路模块连接，通过所述切换电路模块为所述多路热电偶测量模块和所述压力传感器测量模块提供电源。该测量装置可以快速测量热电偶与压力传感器的有效输出，用以判断其工作状态。

Description

一种热电偶与压力传感器快速测量装置
技术领域
本发明涉及物体表面压力与温度测量技术领域，尤其涉及一种热电偶与压力传感器快速测量装置。
背景技术
在航空航天等领域，当飞行器载入大气层时，由于高速剧烈摩擦飞行器体表温度可高达1000℃，甚至更高，因此防热材料热性能的好坏直接影响着飞行器的安全性能，在飞行器设计中至关重要。为防止气动加热对昂贵飞行器造成的损伤甚至毁坏，迫切需求地面模拟设备和高温测量系统对飞行器驻点防热材料进行高温测量。
风洞是研究气流与物体相对运动、相互作用规律的地面模拟设备，被称为航空航天的先行官。在风洞中实现飞行器表面温度的测量以及飞行器表面高温环境下压力参量的测量，是防热试验研究中材料烧蚀性能分析、热结构可靠性评估以及材料化学动力学数据测试分析中的关键。在飞行器表面温度与压力测量中，热电偶与高温压力传感器是最常用的测量仪器。一般在试验模型加工过程中固定制作在模型内部，在防热试验准备过程中工作人员常常要排查热电偶与压力传感器的好坏，需要对其提供电源并测试电参数。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种热电偶与压力传感器快速测量装置，该装置结构简单，可以快速测量热电偶与压力传感器的有效输出，用以判断其工作状态。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种热电偶与压力传感器快速测量装置，包括多路热电偶测量模块、压力传感器测量模块、切换电路模块和电源模块；
所述多路热电偶测量模块用以同时测量多个热电偶的阻值；
所述压力传感器测量模块用以测量压力传感器的额定电阻值；
所述切换电路模块与所述多路热电偶测量模块或所述压力传感器测量模块连接，用以切换快速测量装置的工作模式，实现热电偶或压力传感器的快速测量；
所述电源模块与所述切换电路模块连接，通过所述切换电路模块为所述多路热电偶测量模块和所述压力传感器测量模块提供电源。
可选地，所述多路热电偶测量模块包括第一降压电路和n条并联的检测线路，实现同时测量n个热电偶的阻值；检测线路包括恒流源和第一电阻测量电路，恒流源与热电偶串联，第一电阻测量电路与恒流源和热电偶并联；
所述第一降压电路将所述切换电路模块提供的12V电压降低至5V用以为恒流源和第一电阻测量电路供电。
可选地，所述压力传感器测量模块包括第二降压电路和第二电阻测量电路；
所述第二降压电路和所述第二电阻测量电路串联后再与压力传感器并联，所述第二降压电路将所述切换电路模块提供的12V电压降低至5V用以为第二电阻测量电路供电，所述压力传感器通过切换电路模块接入12V电压；
压力传感器P11包含管脚1至管脚4，管脚1接入12V标准电压，管脚4接地。
可选地，所述第一电阻测量电路包含测量芯片，所述测量芯片包含管脚1至4；和
所述检测线路中的一路所述第一电阻测量电路为共用线路，所述共用线路构成了所述第二检测线路；
共用线路中的测量芯片为芯片P212，芯片P212的管脚1通过二极管Da接入第一降压电路的输出端和通过二极管Db接入第二降压电路的输出端，芯片P212的管脚2接地，芯片P212的管脚3和4可以在切换电路模块的切换下实现接入共用电路所在的热电偶或压力传感器P11。
可选地，所述切换电路模块包括电路S1和电路S2，两者为联动模式；
所述电路S1包括切换开关S1、输出端12a和输出端12b，所述输出端12a与所述第一降压电路的输入端连接，所述输出端12b与所述第二降压电路的输入端和压力传感器P11的管脚1连接，所述切换开关S1与所述输出端12a或输出端12b连通；
所述电路S2包括联动开关SW1、第一连接端、第二连接端、第三连接端和第四连接端；第一连接端一端接地，第二连接端和第四连接端分别连接至压力传感器P11的管脚2和3，第三连接端连接至共用线路所在的热电偶；
联动开关SW1的输入端分别连接至芯片P212的管脚3和4，输出端可被联动连接至电路S2的第一连接端和第三连接端，或第二连接端和第四连接端。
可选地，第一降压电路包括降压芯片VR11、电阻器R11和可调滑动变阻器Rr11；VR11的Vin引脚连接输出端12a，VR11的GND引脚通过可调滑动变阻器Rr11接地，VR11的Vout引脚分别输出5V电压和通过电阻R11和可调滑动变阻器Rr11接地；
检测线路包括芯片VR21、PNP型三极管Q21、可调滑动变阻器R21和测量芯片；VR21的Vin引脚连接芯片VR11中的输出5V电压的Vout引脚，VR21的Vout引脚通过可调滑动变阻器R21连接至热电偶，VR21的GND引脚通过PNP型三极管Q21连接至热电偶，Q21的另一端接地；
当检测电路中包含共用电路时，测量芯片为芯片P212；
当检测电路中不包含共用电路时，测量芯片为芯片P2X2，芯片P2X2的管脚1连接第一降压电路的输出端，管脚2和3接地，管脚4连接至热电偶。
可选地，所述第二降压电路包括降压芯片VR12、电阻器R12和可调滑动变阻器Rr12；VR12的Vin引脚连接输出端12b，VR12的GND引脚通过可调滑动变阻器Rr12接地，VR12的Vout引脚分别输出5V电压和通过电阻R12和可调滑动变阻器Rr12接地。
可选地，所述切换开关S1为手动切换开关。
可选地，所述电源模块包括移动电源和与所述移动电源连接的滤波电路，所述滤波电路的输出端与所述切换电路模块的输入端连接。
可选地，所述滤波电路包括电源模块连接插针U1，所述电源模块连接插针U1与所述移动电源的正极和负极相连，同时所述电源模块连接插针U1并联三组电容器C1、C2和C3，用于对所述移动电源输出的电压进行滤波。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：
本发明提供了一种热电偶与压力传感器快速测量装置，采用12V直流电源供电，可快速测量多路热电偶电阻，通过切换开关可为压力传感器提供供电电源，同时测量压力传感器在标准电源供电情况下的输出。
附图说明
图1是本发明实施例提供的热电偶与压力传感器快速测量装置的原理框图；
图2是本发明实施例提供的热电偶与压力传感器快速测量装置的电路图。
图中：
1：多路热电偶测量模块；11：第一降压电路；12：热电偶；13：恒流源；14：第一电阻测量电路；
2：压力传感器测量模块；21：第二降压电路；22：第二电阻测量电路；23：压力传感器；
3：切换电路模块；
4：电源模块；41：移动电源；42：滤波电路。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种热电偶与压力传感器快速测量装置。下面结合图1对本发明提供的这一热电偶与压力传感器快速测量装置的具体结构进行详细地说明。
参考图1，所述热电偶与压力传感器快速测量装置包括多路热电偶测量模块1、压力传感器测量模块2、切换电路模块3和电源模块4这四个功能模块。其中，所述多路热电偶测量模块1用以同时测量多个热电偶的阻值；所述压力传感器测量模块2用以测量压力传感器的额定电阻值；所述切换电路模块3与所述多路热电偶测量模块1或所述压力传感器测量模块2连接，用以切换快速测量装置的工作模式，实现热电偶或压力传感器的快速测量；所述电源模块4与所述切换电路模块3连接，通过所述切换电路模块3为所述多路热电偶测量模块1和所述压力传感器测量模块2提供电源。
继续参考图1，具体地，所述多路热电偶测量模块1包括第一降压电路11和n条并联的检测线路，实现同时测量n个热电偶12(图1和图2中符号TC1、TC2、TC3、TC4代表的元件即为热电偶)的阻值；检测线路包括恒流源13和第一电阻测量电路14，恒流源13与热电偶12串联，第一电阻测量电路14与恒流源13和热电偶12并联；所述第一降压电路11将所述切换电路模块3提供的12V电压降低至5V用以为恒流源13和第一电阻测量电路14供电。
具体地，所述压力传感器测量模块2包括第二降压电路21和第二电阻测量电路22；所述第二降压电路21和所述第二电阻测量电路22串联后再与压力传感器23(图2中P11代表的元件即为压力传感器)并联，所述第二降压电路21将所述切换电路模块3提供的12V电压降低用以为第二电阻测量电路22供电，所述压力传感器23则直接通过所述切换电路模块3接入12V电压；压力传感器P11(见图2)包含管脚1至管脚4，管脚1接入12V电压，管脚4接地。
具体地，所述第一电阻测量电路14包含测量芯片，所述测量芯片包含管脚1至4。所述检测线路中的一路所述第一电阻测量电路14为共用线路，所述共用线路构成了所述第二电阻测量电路22，这样优化结构可使装置在设计上更加简洁。如图2所示，共用线路中的测量芯片为芯片P212，芯片P212的管脚1通过二极管Da接入第一降压电路11的输出端和通过二极管Db接入第二降压电路21的输出端，芯片P212的管脚2接地，芯片P212的管脚3和4可以在切换电路模块3的切换下实现接入共用电路所在的热电偶(即图2中的TC1)或压力传感器P11。
具体地，所述切换电路模块包括电路S1和电路S2，两者为联动模式.所述电路S1包括切换开关S1、输出端12a和输出端12b，所述切换开关S1可以为手动切换开关，所述输出端12a与所述第一降压电路11的输入端连接，所述输出端12b与所述第二降压电路21的输入端和压力传感器P11的管脚1连接，所述切换开关S1与所述输出端12a或输出端12b连通。所述电路S2包括联动开关SW1、第一连接端、第二连接端、第三连接端和第四连接端；第一连接端一端接地，第二连接端和第四连接端分别连接至压力传感器P11的管脚2和3，第三连接端连接至共用线路所在的热电偶。联动开关SW1的输入端分别连接至芯片P212的管脚3和4，输出端可被联动连接至电路S2的第一连接端和第三连接端，或第二连接端和第四连接端。
各模块的电路图参考图2，第一降压电路11包括降压芯片VR11、电阻器R11和可调滑动变阻器Rr11；VR11的Vin引脚连接输出端12a，VR11的GND引脚通过可调滑动变阻器Rr11接地，VR11的Vout引脚分别输出5V电压和通过电阻R11和可调滑动变阻器Rr11接地。检测线路包括芯片VR21、PNP型三极管Q21、可调滑动变阻器R21和测量芯片；VR21的Vin引脚连接芯片VR11中的输出5V电压的Vout引脚，VR21的Vout引脚通过可调滑动变阻器R21连接至热电偶，VR21的GND引脚通过PNP型三极管Q21连接至热电偶，Q21的另一端接地。当检测电路中包含共用电路时，测量芯片为芯片P212，该测量芯片的电路同上文。当检测电路中不包含共用电路时，测量芯片为芯片P2X2(见图2中的P222、P232、P242)，芯片P2X2的管脚1连接第一降压电路11的输出端，管脚2和3接地，管脚4连接至热电偶12。
可选地，所述第二降压电路21包括降压芯片VR12、电阻器R12和可调滑动变阻器Rr12；VR12的Vin引脚连接输出端12b，VR12的GND引脚通过可调滑动变阻器Rr12接地，VR12的Vout引脚分别输出5V电压和通过电阻R12和可调滑动变阻器Rr12接地。为了更加清楚地说明本发明的技术方案，以下列举了实施例1。在实施例1中，所述多路热电偶测量模块1包括4路检测线路。
实施例1
所述热电偶与压力传感器快速测量装置包括四路热电偶测量模块1、压力传感器测量模块2、切换电路模块3和电源模块4这四个功能模块。所述多路热电偶测量模块1可以同时测量4个热电偶的阻值；所述压力传感器测量模块2用以测量压力传感器的额定电阻值；所述切换电路模块3与所述多路热电偶测量模块1或所述压力传感器测量模块2连接，用以切换快速测量装置的工作模式，实现热电偶或压力传感器的快速测量；所述电源模块4与所述切换电路模块3连接，通过所述切换电路模块3为所述多路热电偶测量模块1和所述压力传感器测量模块2提供电源。
所述多路热电偶测量模块1包括第一降压电路11和4条并联的检测线路，实现同时测量4个热电偶12的阻值；检测线路包括恒流源13和第一电阻测量电路14，恒流源13与热电偶12串联，第一电阻测量电路14与恒流源13和热电偶12并联；所述第一降压电路11将所述切换电路模块3提供的12V电压降低至5V用以为恒流源13和第一电阻测量电路14供电。
所述压力传感器测量模块2包括第二降压电路21和第二电阻测量电路22；所述第二降压电路21和所述第二电阻测量电路22串联后再与压力传感器23并联，所述第二降压电路21将所述切换电路模块3提供的12V电压降低用以为第二电阻测量电路22供电，所述压力传感器23则直接通过所述切换电路模块3接入12V电压；压力传感器23 P11(见图2)包含管脚1至管脚4，管脚1接入12V电压，管脚4接地。
所述第一电阻测量电路14包含测量芯片，所述测量芯片包含管脚1至4。所述检测线路中的一路所述第一电阻测量电路14为共用线路，所述共用线路构成了所述第二电阻测量电路22，这样优化结构可使装置在设计上更加简洁。共用线路中的测量芯片为芯片P212，芯片P212的管脚1通过二极管Da接入第一降压电路11的输出端和通过二极管Db接入第二降压电路21的输出端，芯片P212的管脚2接地，芯片P212的管脚3和4可以在切换电路模块3的切换下实现接入共用电路所在的热电偶或压力传感器P11。
所述切换电路模块包括电路S1和电路S2，两者为联动模式。所述电路S1包括切换开关S1、输出端12a和输出端12b，所述切换开关S1可以为手动切换开关，所述输出端12a与所述第一降压电路11的输入端连接，所述输出端12b与所述第二降压电路21的输入端和压力传感器P11的管脚1连接，所述切换开关S1与所述输出端12a或输出端12b连通.所述电路S2包括联动开关SW1、第一连接端、第二连接端、第三连接端和第四连接端；第一连接端一端接地，第二连接端和第四连接端分别连接至压力传感器P11的管脚2和3，第三连接端连接至共用线路所在的热电偶。联动开关SW1的输入端分别连接至芯片P212的管脚3和4，输出端可被联动连接至电路S2的第一连接端和第三连接端，或第二连接端和第四连接端。
各模块的电路图参考图2，第一降压电路11包括降压芯片VR11、电阻器R11和可调滑动变阻器Rr11；VR11的Vin引脚连接输出端12a，VR11的GND引脚通过可调滑动变阻器Rr11接地，VR11的Vout引脚分别输出5V电压和通过电阻R11和可调滑动变阻器Rr11接地。检测线路包括芯片VR21、PNP型三极管Q21、可调滑动变阻器R21和测量芯片；VR21的Vin引脚连接芯片VR11中的输出5V电压的Vout引脚，VR21的Vout引脚通过可调滑动变阻器R21连接至热电偶，VR21的GND引脚通过PNP型三极管Q21连接至热电偶，Q21的另一端接地。当检测电路中包含共用电路时，测量芯片为芯片P212，该测量芯片的电路同上文。当检测电路中不包含共用电路时，测量芯片为芯片P2X2(图2中的P222、P232、P242)，芯片P2X2的管脚1连接第一降压电路11的输出端，管脚2和3接地，管脚4连接至热电偶12。
所述第二降压电路21包括降压芯片VR12、电阻器R12和可调滑动变阻器Rr12；VR12的Vin引脚连接输出端12b，VR12的GND引脚通过可调滑动变阻器Rr12接地，VR12的Vout引脚分别输出5V电压和通过电阻R12和可调滑动变阻器Rr12接地。
所述的电源模块由移动电源和滤波电路组成，用于给快速测量装置提供供电电源，U1为电源模块连接插针，与12V移动电源的正负极相连接，同时U1的两端并联了C1、C2、C3三组电容器，对移动电源输出电压进行滤波。
当切换电路S1接通12a端时，降压电路利用VR11降压芯片将电源模块的12V标准电压降至5V用于多路恒流源与多路电阻测量电路的供电，实施例一中采用了一路电阻测量电路复用的形式，当切换电路S1接通12a端时，切换电路S2同时接通TC1端，此时芯片VR21、VR22、VR23、VR24与电阻测量电路P212、P222、P232、P242同时工作，分别同时测量显示热电偶TC1、TC2、TC3、TC4的阻值。
当切换电路S1接通12b端时，降压电路利用VR12降压芯片将电源模块的12V标准电压降至5V用于电阻测量电路P212的单独供电，同时压力传感器的12V供电电源接通，产生经典输出，切换电路S2同时接通压力传感器输出端，此时电阻测量电路P212单独工作，测量显示的压力传感器的经典阻值。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种热电偶与压力传感器快速测量装置，其特征在于，包括多路热电偶测量模块、压力传感器测量模块、切换电路模块和电源模块；
所述多路热电偶测量模块用以同时测量多个热电偶的阻值；
所述压力传感器测量模块用以测量压力传感器的额定电阻值；
所述切换电路模块与所述多路热电偶测量模块或所述压力传感器测量模块连接，用以切换快速测量装置的工作模式，实现热电偶或压力传感器的快速测量；
所述电源模块与所述切换电路模块连接，通过所述切换电路模块为所述多路热电偶测量模块和所述压力传感器测量模块提供电源。
2.根据权利要求1所述的热电偶与压力传感器快速测量装置，其特征在于，所述多路热电偶测量模块包括第一降压电路和n条并联的检测线路，实现同时测量n个热电偶的阻值；检测线路包括恒流源和第一电阻测量电路，恒流源与热电偶串联，第一电阻测量电路与恒流源和热电偶并联；
所述第一降压电路将所述切换电路模块提供的12V电压降低至5V用以为恒流源和第一电阻测量电路供电。
3.根据权利要求2所述的热电偶与压力传感器快速测量装置，其特征在于，所述压力传感器测量模块包括第二降压电路和第二电阻测量电路；
所述第二降压电路和所述第二电阻测量电路串联后再与压力传感器并联，所述第二降压电路将所述切换电路模块提供的12V电压降低至5V用以为第二电阻测量电路供电，所述压力传感器通过切换电路模块接入12V电压；
压力传感器P11包含管脚1至管脚4，管脚1接入12V电压，管脚4接地。
4.根据权利要求3所述的热电偶与压力传感器快速测量装置，其特征在于，所述第一电阻测量电路包含测量芯片，所述测量芯片包含管脚1至4；和
所述检测线路中的一路所述第一电阻测量电路为共用线路，所述共用线路构成了所述第二检测线路；
共用线路中的测量芯片为芯片P212，芯片P212的管脚1通过二极管Da接入第一降压电路的输出端和通过二极管Db接入第二降压电路的输出端，芯片P212的管脚2接地，芯片P212的管脚3和4可以在切换电路模块的切换下实现接入共用电路所在的热电偶或压力传感器P11。
5.根据权利要求4所述的热电偶与压力传感器快速测量装置，其特征在于，所述切换电路模块包括电路S1和电路S2，两者为联动模式；
所述电路S1包括切换开关S1、输出端12a和输出端12b，所述输出端12a与所述第一降压电路的输入端连接，所述输出端12b与所述第二降压电路的输入端和压力传感器P11的管脚1连接，所述切换开关S1与所述输出端12a或输出端12b连通；
所述电路S2包括联动开关SW1、第一连接端、第二连接端、第三连接端和第四连接端；第一连接端一端接地，第二连接端和第四连接端分别连接至压力传感器P11的管脚2和3，第三连接端连接至共用线路所在的热电偶；
联动开关SW1的输入端分别连接至芯片P212的管脚3和4，输出端可被联动连接至电路S2的第一连接端和第三连接端，或第二连接端和第四连接端。
6.根据权利要求5所述的热电偶与压力传感器快速测量装置，其特征在于，
第一降压电路包括降压芯片VR11、电阻器R11和可调滑动变阻器Rr11；VR11的Vin引脚连接输出端12a，VR11的GND引脚通过可调滑动变阻器Rr11接地，VR11的Vout引脚分别输出5V电压和通过电阻R11和可调滑动变阻器Rr11接地；
检测线路包括芯片VR21、PNP型三极管Q21、可调滑动变阻器R21和测量芯片；VR21的Vin引脚连接芯片VR11中的输出5V电压的Vout引脚，VR21的Vout引脚通过可调滑动变阻器R21连接至热电偶，VR21的GND引脚通过PNP型三极管Q21连接至热电偶，Q21的另一端接地；
当检测电路中包含共用电路时，测量芯片为芯片P212；
当检测电路中不包含共用电路时，测量芯片为芯片P2X2，芯片P2X2的管脚1连接第一降压电路的输出端，管脚2和3接地，管脚4连接至热电偶。
7.根据权利要求5所述的热电偶与压力传感器快速测量装置，其特征在于，所述第二降压电路包括降压芯片VR12、电阻器R12和可调滑动变阻器Rr12；VR12的Vin引脚连接输出端12b，VR12的GND引脚通过可调滑动变阻器Rr12接地，VR12的Vout引脚分别输出5V电压和通过电阻R12和可调滑动变阻器Rr12接地。
8.根据权利要求5所述的热电偶与压力传感器快速测量装置，其特征在于，所述切换开关S1为手动切换开关。
9.根据权利要求1至8任一项所述的热电偶与压力传感器快速测量装置，其特征在于，所述电源模块包括移动电源和与所述移动电源连接的滤波电路，所述滤波电路的输出端与所述切换电路模块的输入端连接。
10.根据权利要求9所述的热电偶与压力传感器快速测量装置，其特征在于，所述滤波电路包括电源模块连接插针U1，所述电源模块连接插针U1与所述移动电源的正极和负极相连，同时所述电源模块连接插针U1并联三组电容器C1、C2和C3，用于对所述移动电源输出的电压进行滤波。
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