CN112050961A - 一种高通道隔离电压的多路热电偶测温电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高通道隔离电压的多路热电偶测温电路，包括热电偶传感器、ESD保护模块、RC滤波模块、信号切换模块、AD转换模块、冷端补偿单元、按键显示单元和主控制单元。信号切换核心采用了高耐压光耦继电器，每个热电偶温度传感器信号经过光耦继电器进入模数转换器，系统在任一时刻只对一个温度传感器进行测量，一支热电偶信号进入测量回路，其它的处于等待状态，并且由于光耦继电器具有高耐压，这样就阻断了通道间的回路，从而消除了通道间的干扰影响，还因此通道间即使接入380VAC，也不会烧坏电路。
Description
技术领域
本发明涉及多路温度测控领域，特别涉及一种高通道隔离电压的多路热电偶测温电路。
背景技术
多路温度测控模块代替传统单回路温控表已普遍应用在各种需要多点温度测控的自动化设备或监控系统中，多路温度测控模块相对传统单回路温控表有成本低、易安装、体积小的优势，但是也增加了各通道之间必然存在的干扰和隔离问题，如果不能有效地解决这些问题，在实际应用中会出现难于预测的干扰故障或过电压烧毁，给用户带来不可估量的损失。
由于各种工业环境的复杂性，热电偶又安装在各不同的部位，各路之间难免会串入各种干扰如静电、感应电，甚至是强电，因此采用这两种多路热电偶的测量方法的产品不够稳定可靠，容易测温不准或烧坏。
另外,在有些实际应用中,为了提高测温响应速度,需要将热电偶测温点直接焊接在带强电(交流220V或380V)的被测物体上，如果各被测物体互相绝缘不在同一电位上，各热电偶之间就会产生220V或380V的高压，采用上面两种常规方案的产品将直接烧毁。
在实际应用中还有因安装接线不合理、或热电偶内部无绝缘介质或绝缘性能不好，使各热电偶之间引入强电压，而导致测量元件损坏，这也是比较常见的现象。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有高耐压，能阻断通道间的回路，消除通道间的干扰影响，也不会烧坏的高通道隔离电压的多路热电偶测温电路。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种高通道隔离电压的多路热电偶测温电路，包括热电偶传感器、ESD保护模块、RC滤波模块、信号切换模块、主控制单元、AD转换模块、按键显示单元和冷端补偿单元，所述热电偶传感器输出端与ESD保护模块输入端连接，所述ESD保护模块输出端与RC滤波模块输入端连接，所述信号切换模块输入端与RC滤波模块输出端连接，所述信号切换模块输出端与 AD转换模块输入端连接，所述主控制单元输入端与AD转换模块输出端连接，所述主控制单元与按键显示单元相互连接，所述主控制单元输入端和冷端补偿单元的输出端连接。
优选地，所述主控制单元输出端与信号切换模块输入端连接。
优选地，所述ESD保护模块为TVS二极管D1，所述TVS二极管D1与热电偶传感器并联。
优选地，所述RC滤波模块包括电阻R1和电容C1，所述电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端与电容C1连接，所述电容C1的另一端与热电偶的负端连接。
优选地，所述信号切换模块为光耦继电器，所述光耦继电器为双路常开型，所述光耦继电器的1脚接电阻R3的一端，所述电阻R3的另一端与主控制单元连接，2脚与3脚连接，4脚接地，5脚接输入端，6脚与热电偶的负端连接，7脚与电阻R1连接，8脚接输入端。
优选地，所述热电偶传感器、ESD保护模块、RC滤波模块和信号切换模块设置有多组。
优选地，所述AD转换模块还连接有抗混叠滤波模块和断线检测模块，所述抗混叠滤波模块包括电阻R30、电阻R33、滤波电容C10、滤波电容C11和滤波电容C12，所述电阻R30的一端接电源，另一端接数据正输入端和电阻R32，所述电阻R32的另一端接滤波电容C10和AD转换模块的第一输入端，所述滤波电容C10的另一端接地，所述电阻R31的一端接地，另一端接数据负输入端和电阻R33，所述电阻R33的另一端与接滤波电容C11和AD转换模块的第二输入端，所述滤波电容C11的另一端接地，所述AD转换模块的第一输入端与第二输入端之间还连接有滤波电容C12，所述AD转换模块的输出端与主控制单元连接。
采用上述技术方案，信号切换核心采用了高耐压光耦继电器，每个热电偶温度传感器信号经过光耦继电器进入模数转换器，系统在任一时刻只对一个温度传感器进行测量，一支热电偶信号进入测量回路，其它的处于等待状态，并且由于光耦继电器具有高耐压，这样就阻断了通道间的回路，从而消除了通道间的干扰影响，还因此通道间即使接入380VAC，也不会烧坏电路。
附图说明
图1为多通道之间产生的外部干扰电路图；
图2为现有的多路测温技术电路图；
图3为另一种现有的多路测温技术电路图；
图4为本发明的结构图；
图5为本发明的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，U1和U2为1#通道与2#通道之间产生的外部干扰电压:
U1:因热电偶内部无绝缘介质或绝缘性能不好，引入了电加热器上的高电压，可能在任意两支热电偶之间产生高电压，此电压可达到220V或380V，而且是持续的，可直接烧毁输入电路。
U2:各通道热电偶外部连接线路之间受外部电磁环境或强弱电缆布线问题产生的感应电压或静电，此电压可能很高，但一般是瞬间的，一般的ESD静电保护能使它不会烧毁电路，但是会引起测温值异常跳动。
图2和图3为目前较常规的方式，由于多路模拟开关芯片和多通道ADC芯片的输入信号范围在芯片工作电源电压之间，因此通道间隔离电压一般在几伏至十几伏之间，所以这两种方案的通道间抗干抗和隔离性能都存在隐患，只能用在较理想的电磁环境下，而且要求热电偶绝缘性能可靠稳定。
如图4至5所示，工作流程如下：
1.所有光耦继电器U1断开；
2.接通要测量通道的光耦继电器U1；
3.延时等待信号稳定；
4.开启ADC模数转换器转换完成后取数据；
5.重复1至4步，直到完成所有通道的测量；
6.进行温度数据处理。
其中热电偶信号是毫伏级的，正常情况下以上的TVS二极管D1对测量是不影响的，光耦继电器U1的通态电阻约几十欧，回路有几百欧的总电阻，相对于兆欧级的ADC模数转换器输入内阻，对测量的影响是可以忽略不计的；热电偶断线检测模块中电流在回路电阻上所产生的压降基本是固定的，校准时抵消掉，对测量的影响也是可以忽略不计的。
每个通道的TVS二极管D1用于ESD保护，RC滤波模块用作信号滤波。多个通道共用一个测量电路，电阻R32、电阻R33、滤波电容C10、滤波电容C11、滤波电容C12为抗混叠滤波器；电源AVDD、AGND通过电阻R30和电阻R31产生的极小电流(约1uA)用于热电偶断线检测，当热电偶断线时使该通道信号上升到最高值，让一些控制能停止，防止事故发生。光耦开关的切换时间为微秒级的，如果切换和调零消耗2ms,等待信号稳定消耗2ms，若AD转换消耗20ms的话，以8路温度测量为例，1秒钟可以完成5.2次，基本能够满足绝大部分的温度测控要求。
采用本实施例的有益效果：经过实际工程应用,采用高隔离抗干扰电路后，此前容易出现测温异常跳动或测温模块烧毁的现象得到了有效的解决。例如陶瓷窑炉、烧结炉，每当运行工艺温度达到700度以上的高温段时，一般的多路温度测控模块都会出现测温异常跳动，还有玻璃钢化炉，由于热电偶与电加热器的安装位置较近，经常出现热电偶触碰到电加热器，使测温模块引入高电压而烧毁，在这些生产设备中，温度是非常重要的工艺参数，一旦出现温度异常就会导致生产中的整批材料报废造成很大的损失，在改用本发明设计电路后上述问题不再出现。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种高通道隔离电压的多路热电偶测温电路，其特征在于：包括热电偶传感器、ESD保护模块、RC滤波模块、信号切换模块、主控制单元、AD转换模块、按键显示单元和冷端补偿单元，所述热电偶传感器输出端与ESD保护模块输入端连接，所述ESD保护模块输出端与RC滤波模块输入端连接，所述信号切换模块输入端与RC滤波模块输出端连接，所述信号切换模块输出端与AD转换模块输入端连接，所述主控制单元输入端与AD转换模块输出端连接，所述主控制单元与按键显示单元相互连接，所述主控制单元输入端和冷端补偿单元的输出端连接。
2.如权利要求1所述的一种高通道隔离电压的多路热电偶测温电路，其特征在于：所述主控制单元输出端与信号切换模块输入端连接。
3.如权利要求1所述的一种高通道隔离电压的多路热电偶测温电路，其特征在于：所述ESD保护模块为TVS二极管D1，所述TVS二极管D1与热电偶传感器并联。
4.如权利要求1所述的一种高通道隔离电压的多路热电偶测温电路，其特征在于：所述RC滤波模块包括电阻R1和电容C1，所述电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端与电容C1连接，所述电容C1的另一端与热电偶的负端连接。
5.如权利要求4所述的一种高通道隔离电压的多路热电偶测温电路，其特征在于：所述信号切换模块为光耦继电器，所述光耦继电器为双路常开型，所述光耦继电器的1脚接电阻R3的一端，所述电阻R3的另一端与主控制单元连接，2脚与3脚连接，4脚接地，5脚接输入端，6脚与热电偶的负端连接，7脚与电阻R1连接，8脚接输入端。
6.如权利要求5所述的一种高通道隔离电压的多路热电偶测温电路，其特征在于：所述热电偶传感器、ESD保护模块、RC滤波模块和信号切换模块设置有多组。
7.如权利要求1所述的一种高通道隔离电压的多路热电偶测温电路，其特征在于：所述AD转换模块还连接有抗混叠滤波模块和断线检测模块，所述抗混叠滤波模块包括电阻R30、电阻R33、滤波电容C10、滤波电容C11和滤波电容C12，所述电阻R30的一端接电源，另一端接数据正输入端和电阻R32，所述电阻R32的另一端接滤波电容C10和AD转换模块的第一输入端，所述滤波电容C10的另一端接地，所述电阻R31的一端接地，另一端接数据负输入端和电阻R33，所述电阻R33的另一端与接滤波电容C11和AD转换模块的第二输入端，所述滤波电容C11的另一端接地，所述AD转换模块的第一输入端与第二输入端之间还连接有滤波电容C12，所述AD转换模块的输出端与主控制单元连接。
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|---|---|---|---|---|
| CN112729579A (zh) * | 2020-12-21 | 2021-04-30 | 中国兵器装备集团自动化研究所 | 一种多通道隔离的热电偶测温系统 |
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2019
- 2019-06-06 CN CN201910492412.4A patent/CN112050961A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN112729579A (zh) * | 2020-12-21 | 2021-04-30 | 中国兵器装备集团自动化研究所 | 一种多通道隔离的热电偶测温系统 |
| CN112729579B (zh) * | 2020-12-21 | 2023-09-26 | 中国兵器装备集团自动化研究所有限公司 | 一种多通道隔离的热电偶测温系统 |
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