CN112596558B - 一种加热管温度监控装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种加热管温度监控装置及方法，加热管内布置加热丝、金属丝和温度传感器，温度传感器与加热控制器电连接，加热控制器与报警器电连接，该装置包括金属丝和金属丝电压采集电路；金属丝设置在加热管内，围绕加热丝布置；当温度传感器所检测温度变化状态与金属丝电压采集电路所检测金属丝电压变化状态不一致时，加热控制器控制报警器报警并控制加热丝断电停止加热。本发明结构简单，可为加热管超温保护提供双重保障，提高加热安全性；利用金属丝可反映加热管的整体加温情况；在金属丝上设置公共点，采集公共点两侧的金属丝电压并判断，若两者差异大，则说明加热管左右两侧加热不均，实现加热丝老化问题的监测。

Description

一种加热管温度监控装置及方法

技术领域

本发明涉及加热管温度监控领域，具体涉及一种加热管温度监控装置及方法。

背景技术

医用输血输液加温仪可以对注入到人体的血液或药业进行加热，可避免因冷藏血液或温度较低的药液由静脉注入人体内后，导致注射部位酸痛及病患身体发冷等不良反应。

对于加温仪的加热管加热结构的测温，采用的温度传感器是包裹在加热套管内部的，若加热管被抛开，导致温度传感器外露在空气中，获知温度传感器本身故障，都会导致测温不准。对于加热管的温度检测失效的情况下，根本无法精准控温，也会导致基于温度传感器的超温保护失效。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种加热管温度监控装置及方法，为加热管温度超温保护提供双重保障。

本发明的技术方案是：一种加热管温度监控装置，加热管内布置加热丝和温度传感器，温度传感器与加热控制器电连接，加热控制器与报警器电连接，该装置包括金属丝和金属丝电压采集电路；金属丝设置在加热管内，围绕加热丝布置；

金属丝电压采集电路输入端与金属丝电连接，输出端与加热控制器电连接；加热控制器通过金属丝电压采集电路采集金属丝电压；

当温度传感器所检测温度变化状态与金属丝电压采集电路所检测金属丝电压变化状态不一致时，加热控制器控制报警器报警并控制加热丝断电停止加热。

进一步地，金属丝电压采集电路包括电容C2、电阻R5、电阻R6、电阻R7、跟随器U2、放大器U3；

金属丝电阻RT第一端与跟随器U2的3引脚连接，第二端接地；跟随器U2的2引脚连接1引脚，1引脚通过电阻R5连接放大器U3的2引脚，4引脚接地，8引脚接供电电压；电容C2一端连接跟随器U2的3引脚，另一端接地；放大器U3的3引脚一路通过电阻R6接地，另一路通过电阻R7连接放大器U3的1引脚；放大器U3的1引脚接入加热控制器。

进一步地，金属丝由一恒流电路供电；该恒流电路包括稳压管ZD1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、三极管Q1、跟随器U1；

稳压管ZD1的2引脚接供电电压，1引脚一路通过电阻R1接地，另一路连接跟随器U1的3引脚；跟随器U1的3引脚还通过电阻R2接供电电压，2引脚连接1引脚，4引脚连接负向供电电压，8引脚接供电电压；跟随器U1的1引脚还连接三极管Q1的1引脚，三极管Q1的2引脚通过电阻R3连接供电电压，3引脚通过电阻R4连接金属丝电阻RT的第一端。

进一步地，该装置还包括比较控制电路，该比较控制电路包括比较器U4、低通滤波器、电阻R8、MOS管Q2；

比较器U4的3引脚连接放大器U3的1引脚；比较器U4的2引脚接入参考电压Vref，2引脚还通过电阻R8连接比较器U4的1引脚，4引脚接供电电压，8引脚接地；比较器U4的1引脚还通过低通滤波器连接MOS管Q2的1引脚；MOS管Q2的3引脚连接工作电压，2引脚通过加热丝接地。

进一步地，金属丝上设置有公共点将金属丝分为两段，两段金属丝分别对应加热丝的左右两侧；两段金属丝各自通过一子电压采集电路电连接加热控制器，加热控制器通过两个子电压采集电路检测两段金属丝的电阻以判断加热丝是否老化。

本发明的技术方案还包括一种基于上述任一项所述装置的加热管温度监控方法，包括以下步骤：

温度传感器实时检测加热管内检测点温度，并将检测点温度值传输至加热控制器；

金属丝电压采集电路实时采集金属丝电压，并将采集金属丝电压值传输至加热控制器；

加热控制器判断检测点温度值变化状态与金属丝电压值变化状态是否一致；

若不一致，则控制报警器报警并控制加热丝断电停止加热。

进一步地，加热控制器判断检测点温度值变化状态与金属丝电压值变化状态是否一致，若不一致，则控制报警器报警并控制加热丝断电停止加热，具体为：

加热丝加热过程中，当检测点温度值在一定时长内无变化或变化小于第一预设温差值，同时金属丝电压值在该时长内的变化超过第一预设压差值时，控制报警器报警并控制加热丝断电停止加热。

进一步地，该方法还包括以下步骤：

当温度传感器所检测加热管内检测点温度超过预设温度值或金属丝电压采集电路所检测金属丝电压超过预设电压值时，加热丝断电停止加热。

进一步地，该方法还包括以下步骤：

加热控制器根据所接收金属丝电压值获得加热管平均温度。

进一步地，该方法还包括以下步骤：

基于金属丝上的公共点将金属丝分为两段，两段金属丝分别对应加热丝的左右两侧；

分别采集两段金属丝的电压；

判断两段金属丝的电压差是否超过第二预设压差值；

若超过，则说明加热管两侧加热不均匀，加热丝老化，加热控制器控制报警器报警。

本发明提供的一种加热管温度监控装置及方法，在加热管内围绕加热丝布置金属丝，基于金属丝的正温度系数/负温度系数的特性（金属丝的阻值随着温度升高而升高/降低，进而金属丝的电压升高/降低），通过金属丝电压值反映加热管内平均温度，结合温度传感器检测温度，判断温度传感器检测温度变化状态与金属丝电压变化状态是否一致，若温度传感器故障或裸露在空气中，其检测温度会与金属丝电压出现差异，从而判断出温度传感器失效。本发明结构简单，可为加热管超温保护提供双重保障，提高加热安全性；另外，与温度传感器的单点测温不同，利用金属丝可反映加热管的整体加温情况；再者，在金属丝上设置公共点，采集公共点两侧的金属丝电压并判断，若两者差异大，则说明加热管左右两侧加热不均，实现加热丝老化问题的监测。

附图说明

图1是本发明具体实施例一加热管剖面结构示意图；

图2是本发明具体实施例一金属丝电路示意图；

图3是本发明具体实施例二方法流程示意图。

图中，1-加热管，2-加热丝，3-金属丝，4-温度传感器，5-公共点，6-恒流电路，7-金属丝电压采集电路，8-比较控制电路，9-加热控制器，10-低通滤波器。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明进行详细阐述，以下实施例是对本发明的解释，而本发明并不局限于以下实施方式。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种加热管温度监控装置，加热管1内布置加热丝2和温度传感器4，与现有技术不同的是，本装置在加热管1内还设置金属丝3，金属丝3围绕加热丝2布置。例如加热丝2在加热管1内矩形布置，则金属丝3为围绕加热丝2矩形外的另一矩形结构。

温度传感器4与加热控制器9电连接，实现加热管1内的单点测温。加热控制器9还电连接报警器，实现超温报警或其他异常报警。

本实施例基于金属丝3正温度系数/负温度系数（金属丝3的阻值随着温度升高而升高/降低，进而金属丝3的电压升高/降低）的特性，判断加热管1内的温度。基于此，本实施例通过一金属丝电压采集电路7采集金属丝3的电压值，该金属丝电压采集电路7输入端与金属丝3电连接，输出端与加热控制器9电连接，加热控制器9接收金属丝电压采集电路7所采集的金属丝3电压，进而加热控制器9基于温度传感器4所检测温度和金属丝电压采集电路7所采集电压，判断温度传感器4是否异常，具体为：当温度传感器4所检测温度变化状态与金属丝电压采集电路7所检测金属丝3电压变化状态不一致时，加热控制器9控制报警器报警并控制加热丝2断电停止加热。

加热控制器9具体判断过程如下：

加热丝2加热过程中，当检测点温度值在一定时长内无变化或变化小于第一预设温差值，同时金属丝3电压值在该时长内的变化超过第一预设压差值时，控制报警器报警并控制加热丝2断电停止加热；此时说明加热管1在加热但温度传感器4未检测到。

本实施例通过金属丝3采集电路采集金属丝3电压，进而判断加热管1内的温度，而金属丝3围绕加热丝2布置，因此本实施例通过金属丝3可反馈加热管1的平均温度值。

在金属丝3采集电路采集金属丝3电压之前，应保证给金属丝3提供恒流源，如图2所示，本实施例通过一恒流电路6为金属丝3提供恒流源。

恒流电路6包括稳压管ZD1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、三极管Q1、跟随器U1。

稳压管ZD1的2引脚接供电电压，1引脚一路通过电阻R1接地，另一路连接跟随器U1的3引脚；跟随器U1的3引脚还通过电阻R2接供电电压，2引脚连接1引脚，4引脚连接负向供电电压，8引脚接供电电压；跟随器U1的1引脚还连接三极管Q1的1引脚，三极管Q1的2引脚通过电阻R3连接供电电压，3引脚通过电阻R4连接金属丝3电阻RT的第一端（各元件的引脚与附图2中对应）。

其中回路R3/Q1/R4/RT电流恒定，当加热管1温度改变后，RT阻值改变，则RT电压改变。恒流电路6可以得到金属丝3随加热管1温度变化而变化的电压值。

如图2所示，本实施例的金属丝电压采集电路7包括电容C2、电阻R5、电阻R6、电阻R7、跟随器U2、放大器U3。

金属丝3电阻RT第一端与跟随器U2的3引脚连接，第二端接地；跟随器U2的2引脚连接1引脚，1引脚通过电阻R5连接放大器U3的2引脚，4引脚接地，8引脚接供电电压；电容C2一端连接跟随器U2的3引脚，另一端接地；放大器U3的3引脚一路通过电阻R6接地，另一路通过电阻R7连接放大器U3的1引脚；放大器U3的1引脚接入加热控制器9。

其中，电容C2和跟随器U2组成滤波电路，即将恒流电路6的输出电压进行滤波后输出。电阻R5/R6/R7、放大器U3组成放大部分，将滤波电路的输出进行放大处理。放大后输入加热控制器9，供加热控制器9处理。

如上所述，通过金属丝3可反馈加热管1的平均温度值，基于此本实施例除了利用温度传感器4实现超温保护外，还可根据金属丝3电压实现双重超温保护（相当于根据金属丝3反馈的平均温度实现超温保护）。在硬件上通过一比较控制电路8实现，如图2所示，比较控制电路8包括比较器U4、低通滤波器10、电阻R8、MOS管Q2。

比较器U4的3引脚连接放大器U3的1引脚；比较器U4的2引脚接入参考电压Vref，2引脚还通过电阻R8连接比较器U4的1引脚，4引脚接供电电压，8引脚接地；比较器U4的1引脚还通过低通滤波器10连接MOS管Q2的1引脚；MOS管Q2的3引脚连接工作电压，2引脚通过加热丝2接地。

其中，MOS管Q2是加热丝2的控制开关。将参考电压Vref与金属丝电压采集电路7的输出进行比较，当金属丝电压采集电路7的输出高于参考电压Vref时，比较器U4输出低电平信号，并通过低通滤波器10进行滤波处理，使MOS管Q2关闭，进而关断加热丝2。

需要说明的是，除了通过比较控制电路8这一硬件方式实现平均温度超温保护外，还可通过加热控制器9的软件部分实现平均温度超温保护，金属丝电压采集电路7所输出电压传入加热控制器9，加热控制器9在软件层面对该输入进行判断，若超温则控制MOS管Q2关闭，使加热丝停止加热。

本实施例中，根据金属丝3还可对加热丝2的老化问题进行检测。具体实现方式为在金属丝3上设置公共点5，将金属丝3分为两段，分别对应左右侧的加热丝2。两段金属丝3各自通过一子电压采集电路电连接加热控制器9，加热控制器9通过两个子电压采集电路检测两段金属丝3的电阻以判断加热丝2是否老化。具体为：判断两段金属丝3的电压差是否过大，若是则说明加热管1两侧加热不均匀，加热丝2老化，加热控制器9控制报警器报警。

实施例二

如图3所示，在实施例一基础上，本实施例提供一种加热管1温度监控方法，包括以下步骤：

S1，温度传感器4实时检测加热管1内检测点温度，并将检测点温度值传输至加热控制器9；

S2，金属丝电压采集电路7实时采集金属丝3电压，并将采集金属丝3电压值传输至加热控制器9；

S3，加热控制器9判断检测点温度值变化状态与金属丝3电压值变化状态是否一致；

S4，若不一致，则控制报警器报警并控制加热丝2断电停止加热。

其中加热控制器9判断检测点温度值变化状态与金属丝3电压值变化状态是否一致，若不一致，则控制报警器报警并控制加热丝2断电停止加热，具体为：

加热丝2加热过程中，当检测点温度值在一定时长内无变化或变化小于第一预设温差值，同时金属丝3电压值在该时长内的变化超过第一预设压差值时，控制报警器报警并控制加热丝2断电停止加热；此时说明加热管1在加热但温度传感器4未检测到。

另外，该方法还包括以下步骤：

当温度传感器4所检测加热管1内检测点温度超过预设温度值或金属丝电压采集电路7所检测金属丝3电压超过预设电压值时，加热丝2断电停止加热。其中金属丝3电压超过预设电压值使加热丝2断电，既可通过硬件判断实现，又可通过软件判断实现。

同时，本实施例中加热控制器9可根据所接收金属丝3电压值获得加热管1平均温度，供用户获知加热管1平均温度。可见，加热丝2的通断电可同时由温度传感器4检测温度和金属丝3电压控制，其中温度传感器4检测温度反映加热管1内温度传感器4所在位置的单点温度，金属丝3电压反映加热管1的平均温度。

该方法还可对加热丝2老化情况进行判断，包括以下步骤：

基于金属丝3上的公共点5将金属丝3分为两段，两段金属丝3分别对应加热丝2的左右两侧；

分别采集两段金属丝3的电压；

判断两段金属丝3的电压差是否超过第二预设压差值；

若超过，则说明加热管1两侧加热不均匀，加热丝2老化，加热控制器9控制报警器报警。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“左”、“右”指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上公开的仅为本发明的优选实施方式，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的没有创造性的变化，以及在不脱离本发明原理前提下所作的若干改进和润饰，都应落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种加热管温度监控装置，加热管内布置加热丝、金属丝和温度传感器，温度传感器与加热控制器电连接，加热控制器与报警器电连接，其特征在于，该装置包括金属丝和金属丝电压采集电路；金属丝设置在加热管内，围绕加热丝布置；

金属丝电压采集电路输入端与金属丝电连接，输出端与加热控制器电连接；加热控制器通过金属丝电压采集电路采集金属丝电压；

当温度传感器所检测温度变化状态与金属丝电压采集电路所检测金属丝电压变化状态不一致时，加热控制器控制报警器报警并控制加热丝断电停止加热；

金属丝上设置有公共点将金属丝分为两段，两段金属丝分别对应加热丝的左右两侧；两段金属丝各自通过一子电压采集电路电连接加热控制器，加热控制器通过两个子电压采集电路检测两段金属丝的电阻以判断加热丝是否老化。

2.根据权利要求1所述的加热管温度监控装置，其特征在于，金属丝电压采集电路包括电容C2、电阻R5、电阻R6、电阻R7、跟随器U2、放大器U3；

金属丝电阻RT第一端与跟随器U2的3引脚连接，第二端接地；跟随器U2的2引脚连接1引脚，1引脚通过电阻R5连接放大器U3的2引脚，4引脚接地，8引脚接供电电压；电容C2一端连接跟随器U2的3引脚，另一端接地；放大器U3的3引脚一路通过电阻R6接地，另一路通过电阻R7连接放大器U3的1引脚；放大器U3的1引脚接入加热控制器。

3.根据权利要求2所述的加热管温度监控装置，其特征在于，金属丝由一恒流电路供电；该恒流电路包括稳压管ZD1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、三极管Q1、跟随器U1；

稳压管ZD1的2引脚接供电电压，1引脚一路通过电阻R1接地，另一路连接跟随器U1的3引脚；跟随器U1的3引脚还通过电阻R2接供电电压，2引脚连接1引脚，4引脚连接负向供电电压，8引脚接供电电压；跟随器U1的1引脚还连接三极管Q1的1引脚，三极管Q1的2引脚通过电阻R3连接供电电压，3引脚通过电阻R4连接金属丝电阻RT的第一端。

4.根据权利要求2或3所述的加热管温度监控装置，其特征在于，该装置还包括比较控制电路，该比较控制电路包括比较器U4、低通滤波器、电阻R8、MOS管Q2；

比较器U4的3引脚连接放大器U3的1引脚；比较器U4的2引脚接入参考电压Vref，2引脚还通过电阻R8连接比较器U4的1引脚，4引脚接供电电压，8引脚接地；比较器U4的1引脚还通过低通滤波器连接MOS管Q2的1引脚；MOS管Q2的3引脚连接工作电压，2引脚通过加热丝接地。

5.一种基于权利要求1-4任一项所述装置的加热管温度监控方法，其特征在于，包括以下步骤：

温度传感器实时检测加热管内检测点温度，并将检测点温度值传输至加热控制器；

金属丝电压采集电路实时采集金属丝电压，并将采集金属丝电压值传输至加热控制器；

加热控制器判断检测点温度值变化状态与金属丝电压值变化状态是否一致；

若不一致，则控制报警器报警并控制加热丝断电停止加热；

该方法还包括以下步骤：

基于金属丝上的公共点将金属丝分为两段，两段金属丝分别对应加热丝的左右两侧；

分别采集两段金属丝的电压；

判断两段金属丝的电压差是否超过第二预设压差值；

若超过，则说明加热管两侧加热不均匀，加热丝老化，加热控制器控制报警器报警。

6.根据权利要求5所述的加热管温度监控方法，其特征在于，加热控制器判断检测点温度值变化状态与金属丝电压值变化状态是否一致，若不一致，则控制报警器报警并控制加热丝断电停止加热，具体为：

加热丝加热过程中，当检测点温度值在一定时长内无变化或变化小于第一预设温差值，同时金属丝电压值在该时长内的变化超过第一预设压差值时，控制报警器报警并控制加热丝断电停止加热。

7.根据权利要求5或6所述的加热管温度监控方法，其特征在于，该方法还包括以下步骤：

当温度传感器所检测加热管内检测点温度超过预设温度值或金属丝电压采集电路所检测金属丝电压超过预设电压值时，加热丝断电停止加热。

8.根据权利要求5或6所述的加热管温度监控方法，其特征在于，该方法还包括以下步骤：

加热控制器根据所接收金属丝电压值获得加热管平均温度。

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