CN115683395A - 热电偶的断路检测电路和断路检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热电偶的断路检测电路和断路检测方法，断路检测电路包括电压检测装置、热电偶、上拉电阻元件和下拉电阻元件；电压检测装置包括第一引脚、第二引脚和信号输出端；热电偶的一端与第一引脚电连接，热电偶的另一端与第二引脚电连接；上拉电阻元件的一端与电压源的电压输出端电连接，上拉电阻元件的另一端与第一引脚电连接；下拉电阻元件的一端接地，下拉电阻元件的另一端与第二引脚电连接；电压源的输出端用于输出大于预设阈值的电压；第一引脚与第二引脚，用于获取热电偶两端的电压差。热电偶两端的至少一端断开时，本发明的电压检测装置的读数就会超过预设阈值，认定热电偶断开；使用该电路提高温度测量的可靠性，保障安全。

Description

热电偶的断路检测电路和断路检测方法

技术领域

本发明涉及电路断路检测领域，尤其涉及一种热电偶的断路检测电路和断路检测方法。

背景技术

在工业仪控系统中，温度是需要测量和控制的重要参数之一。在温度测量中，热电偶的应用极为广泛，它具有结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小和输出信号便于远传等许多优点。在使用的过程中，温度检测装置会根据热电偶两端的电压得到温度。

但是，测量温度时，如果热电偶发生断路，温度检测装置得到的温度会是0摄氏度，使故障不能被及时发现。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中热电偶发生断路无法及时发现的缺陷，提供一种热电偶断路检测电路和断路检测方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

作为本发明的第一方面，本发明提供一种热电偶的断路检测电路所述热电偶断路检测电路包括电压检测装置、热电偶、上拉电阻元件和下拉电阻元件；所述电压检测装置包括第一引脚、第二引脚和信号输出端；

所述热电偶的一端与所述第一引脚电连接，所述热电偶的另一端与所述第二引脚电连接；所述上拉电阻元件的一端与电压源的电压输出端电连接，所述上拉电阻元件的另一端与所述第一引脚电连接；所述下拉电阻元件的一端接地，所述下拉电阻元件的另一端与所述第二引脚电连接；

所述电压源的输出端用于输出大于预设阈值的电压；

所述第一引脚与第二引脚，用于获取所述热电偶两端的电压差；

所述信号输出端与所述外部设备电连接，所述信号输出端用于根据热电偶两端所述电压差输出热电偶断路信号，以使得所述外部设备根据所述热电偶断信号判断所述热电偶与所述电压检测装置间是否断路。

优选地，所述断路检测电路还可以包括的偏置电压输出元件；

所述第二引脚与所述偏置电压输出元件的输出端电连接；

所述偏置电压输出元件，用于输出偏置电压，所述偏置电压用于将所述热电偶两端电位抬升至大于0。

优选地，所述断路检测电路还可以包括瞬态电压抑制二极管，所述瞬态电压抑制二极管的一端与所述第一引脚电连接，所述瞬态电压抑制二极管的另一端与所述电压检测装置的第二引脚电连接；

所述瞬态电压抑制二极管，用于保护所述外部设备免于静电与浪涌的干扰。

优选地，所述电压检测装置可以包括第一电流输出单元；

所述第一电流输出单元，用于通过所述第一引脚输出第一检测电流；

所述第二引脚还用于检测所述第一检测电流。

优选地，所述电压检测装置可以包括第二电流输出单元；

所述第二电流输出单元，用于通过所述第二引脚输出第二检测电流；

所述第一引脚还用于检测所述第二检测电流。

优选地，所述上拉电阻元件的阻值可以为1M-10M欧，所述下拉电阻元件的阻值可以为1M-10M欧。

优选地，所述断路检测电路还可以包括有隔离器；

所述电压检测装置的信号输出端与所述隔离器的一端通信连接，所述隔离器的另一端与所述外部设备通信连接；

所述隔离器，用于防止外部干扰输入到外部设备。

优选地，所述电压检测装置可以包括AD转换器。

作为本发明第二方面，本发明提供一种热电偶的断路检测方法，所述断路检测方法应用于上述第一方面中的热电偶的断路检测电路，所述断路检测方法包括：

获取所述电压检测装置的第一引脚和第二引脚间的检测电压；

在所述检测电压大于电压阈值时，确定所述热电偶与所述电压检测装置间断路。

优选地，所述确定所述热电偶与所述电压检测装置间断路的步骤，可以包括：

所述电压检测装置的第一引脚与所述热电偶间断开，

和/或，所述电压检测装置的第二引脚与所述热电偶间断开。

本发明的积极进步效果在于：本发明提供一种热电偶的断路检测电路和断路检测方法，该断路检测电路包括电压检测装置、热电偶、上拉电阻元件和下拉电阻元件；电压检测装置包括第一引脚、第二引脚和信号输出端；电压源的输出端用于输出大于预设阈值的电压；第一引脚与第二引脚，用于获取热电偶两端的电压差；信号输出端与外部设备电连接，信号输出端用于根据热电偶两端的电压差输出热电偶断路信号，以使得所述外部设备根据热电偶断信号判断热电偶与电压检测装置间是否断路。本发明通过在热电偶两端分别加上拉电阻以及下拉电阻，热电偶两端的其中一端断开的时候，电压检测装置所读的数值就会超过其预设阈值，从而就可以认定为热电偶断开。使用本电路可以提高工业仪控系统温度测量的可靠性，不用专门派人工去检查输入端是否发生断路，降低了后期维护难度，也保障了系统的安全性。

附图说明

图1为本发明实施例1中热电偶的断路检测电路的第一结构示意图。

图2为本发明实施例1中热电偶的断路检测电路热电偶断路时的结构示意图。

图3为本发明实施例1中热电偶的断路检测电路的第二结构示意图。

图4为本发明实施例1中热电偶的断路检测电路的第三结构示意图。

图5为本发明实施例2中热电偶的断路检测方法的流程示意图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

请参见图1，本实施例提供热电偶的断路检测电路，热电偶断路检测电路包括电压检测装置1、热电偶TC、上拉电阻元件R1和下拉电阻元件R2；电压检测装置1包括第一引脚IN1、第二引脚IN2和信号输出端OUT；

热电偶TC的一端与第一引脚电IN1连接，热电偶TC的另一端与第二引脚电IN2连接；上拉电阻元件R1的一端与电压源2的电压输出端电连接，上拉电阻元件R1的另一端与第一引脚IN1电连接；

下拉电阻R2元件的一端接地，下拉电阻R2元件的另一端与第二引脚IN2电连接；

电压源2的输出端用于输出大于预设阈值的电压；

第一引脚IN1与第二引脚IN2，用于获取热电偶TC两端的电压差；

信号输出端OUT与外部设备3电连接，信号输出端OUT用于根据热电偶TC两端电压差输出热电偶TC断路信号，以使得外部设备3根据热电偶断信号判断热电偶TC与电压检测装置1间是否断路。

在没有热电偶TC与电压检测装置1之间没有发生断路的情况下，由于上拉电阻R1以及下拉电阻R2的电阻和热电偶TC相比，热电偶TC的电阻远远小于上拉电阻R1以及下拉电阻R2的电阻，可以将上拉电阻R1与下拉电阻R2处可以看作为断路。此时可以看作为电压检测装置1直接连接热电偶TC。

需要注意的是，热电偶类型都基于同一基本原理：热电或塞贝克效应；由不同导体制成的一端焊接在一起的两根导线。所以，热电偶的电阻几乎为0。由于导体成分差别很大，且取决于所要求的温度范围、精度、使用寿命和测量环境。只要一个导体从一端到另外一端经历了一个温度梯度，就会产生一个电动势。电动势由于导体内的自由电子以不同的速率(取决于温度)扩散而上升。将热电偶温度较高的一端称之为热端，温度较低的一端称之为冷端。热端上的电子扩散速度大于冷端电子扩散速度。就会在导体一端产生电荷的堆积，使得在热端与冷端产生一个电动势。

请参见图2，图2为当热电偶TC两端中的至少一段出现断路的情况(断路时图片中用虚线表示)，此时电压检测装置1无法检测到热电偶TC两端的电压差。此时第一引脚IN1直接通过上拉电阻R1连接电压源2，第二引脚IN2直接通过下拉电阻R2接地。电压检测装置1通过读取的第一引脚IN1与第二引脚IN2两端的电位差为电压源2所发出的大于预设值的电压。此时电压检测装置1就会发出热电偶TC断路信号(热电偶TC断路信号可以是检测到的电压，也可以是电压检测装置1另外生成的信号)。此时热电偶TC断路信号发送给外部设备3，外部设备3就会判断出热电偶TC与电压检测设备之间出现断路。

由于一般J型、K型和N型热电偶的最大输出电压为69.5mV，现实中可以将预设阈值设置在1V、2V、3V、4.5V等，断路的时候，电压检测装置1两个引脚的电压差远远大于69.5mV，此时就可以判断为热电偶断路。

需要注意的是，在本实施例中，外部设备3可以是模拟电路元器件，也可以是数字电路元器件。外部设备3可以是灯泡、喇叭、马达等。只要外部设备3的工作电压大于热电偶TC之间没有出现断路时的电压，且小于电压源2所发出的大于预设值的电压。此时外部设备3就会发生动作(比如亮起、发出声音以及振动等)；外部设备3还可以是FPGA((FieldProgrammable Gate Array，简称为FPG，又可以称之为现场可编程门阵列)、MCU(Microcontroller Unit，简称为MCU，又可简称为单片机))以及计算机等，此时电压检测装置1包括有模数转换器，将读取到的电压变为一个数字信号(该数字信号就是上述提及的热电偶TC断路信号)，将热电偶TC断路信号输入至外部设备3，外部设备3也作出响应。工作人员可以知道电压检测装置1与热电偶TC之间发生了断路。

在上述的实施例中，预设阈值可以选择为电压检测装置1所读取热电偶TC两端的量程，也可以设置为4.5V。

在本实施例中，在热电偶TC两端分别加上拉电阻以及下拉电阻，热电偶TC两端的其中一端断开的时候，电压检测装置所读的数值就会超过其量程，从而就可以认定为热电偶断开。可以提高工业仪控系统温度测量的可靠性，不用专门派人工去检查输入端是否发生断路，降低了后期维护难度，也保障了系统的安全性。

具体地，请参见图3，断路检测电路还可以包括偏置电压输出元件4；

第二引脚IN2与偏置电压输出元件4的输出端电连接；

偏置电压输出元件4，用于输出偏置电压，偏置电压用于将热电偶TC两端电位抬升至大于0。

在本实施例中，有一些电压检测装置1无法读取负的电压值，这样会使得所读取的电压不准，通过增加一个偏置电压输出元件4，电压检测设备所读取的电压为正值，避免了误差。

具体地，断路检测电路还可以包括瞬态电压抑制二极管5，瞬态电压抑制二极管5的一端与第一引脚IN1电连接，瞬态电压抑制二极管5的另一端与电压检测装置1的第二引脚IN2电连接；

瞬态电压抑制二极管5，用于保护外部设备3免于静电与浪涌的干扰。

具体地，电压检测装置1可以包括第一电流输出单元101；

第一电流输出单元101，用于通过第一引脚IN1输出第一检测电流；

第二引脚IN2还用于检测第一检测电流。

具体地，电压检测装置1可以包括第二电流输出单元102；

第二电流输出单元102，用于通过第二引脚IN2输出第二检测电流；

第一引脚IN1还用于检测第二检测电流。

具体地，上拉电阻R1元件的阻值可以为1M-10M欧，下拉电阻R2元件的阻值可以为1M-10M欧。

在本实施例中，上拉电阻元件还可以是至少两个电阻串联和/或并联组成；同理下拉电阻元件可以是至少两个电阻串联和/或并联连接。

在本实施例中，热电偶TC的阻值通常在20欧以内，上拉电阻R1以及下拉电阻R2的阻值设置在这个范围，使得热电偶TC的电阻远远小于上拉电阻R1以及下拉电阻R2。

在本实施例中，上拉电阻R1和下拉电阻R2的阻值可以是选择相同的阻值，这样热电偶TC的两端的电位大约在电压源2所输出的电压的一半，可以使得电压检测装置1读数是一个正值。

具体地，断路检测电路还可以包括有隔离器6；

电压检测装置1的信号输出端与隔离器6的一端通信连接，隔离器6的另一端与外部设备3通信连接；

隔离器6，用于防止外部信号干扰热电偶断路信号输入到外部设备3。

具体地，电压检测装置1可以包括AD转换器。

在一个实施例中，AD转换器将电压检测装置1读取热电偶TC读取的电压信号转化为数字信号，然后转化为数字信号，经过电压检测装置1的输出口发送给外部设备3，外部设备3可以是FPGA。在外部设备3与电压检测装置1之间还可以设置的隔离器6可以是数字隔离器。防止热电偶采样通道上的外部信号进入FPGA，提高了电路的抗干扰能力。在本实施例中，FPGA还包括有存储介质，存储介质上存储有接收到热电偶响应信号的程序，操作FPGA执行动作，比如将热电偶TC两端的电压，上位机或者计算机会通过输出设备输出热电偶TC两端的电压。

在现实中，通常可以选取一个模数转换器获取热电偶TC两端的电压，再通过模数转换器的电压输出端作为电压源输出大于预设阈值的电压。

请参见图4，在另外的一个实施例中，热电偶的断路检测电路还可以设置有第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3以及第四二极管D4中的至少一个；

第一二极管D1的阴极连接电压源2，第一二极管D1的阳极连接第一引脚IN1；

第二二极管D2的阴极连接第一引脚IN1，第二二极管D2的阳极接地；

第三二极管D3的阴极连接电压源2，第三二极管D3的阴极连接第二引脚IN2；

第四二极管D4的阴极连接第二引脚IN2，第四二极管D4的阴极接地。

上述二极管的作用是防止过冲，保护电压检测装置1的第一引脚IN1以及第二引脚IN2。

在上述实施例中，电压检测装置1内部还可以包括信号放大器，用于将热电偶TC两端电压差进行放大，以获取更好的精度。

在一个实施例中，电压检测装置1、电压源2、偏置电压输出元件4等元件都可以进行集成设计在一个装置内。

需要注意的是，在本发明中的热电偶的断路检测电路可以应用于热电偶测量板卡内。该板卡的接口可以是通用接口，以适应在不同规格的热电偶。该板卡还可以是3U尺寸。

本实施例提供一种热电偶的断路检测电路，该断路检测电路包括电压检测装置、热电偶、上拉电阻元件和下拉电阻元件；电压检测装置包括第一引脚、第二引脚和信号输出端；电压源的输出端用于输出大于预设阈值的电压；第一引脚与第二引脚，用于获取热电偶两端的电压差；信号输出端与外部设备电连接，信号输出端用于根据热电偶两端的电压差输出热电偶断路信号，以使得所述外部设备根据热电偶断信号判断热电偶与电压检测装置间是否断路。通过在热电偶两端分别加上拉电阻以及下拉电阻，热电偶两端的其中一端断开的时候，电压检测装置所读的数值就会超过其预设阈值，从而就可以认定为热电偶断开。使用本电路可以提高工业仪控系统温度测量的可靠性，不用专门派人工去检查输入端是否发生断路，降低了后期维护难度，也保障了系统的安全性。

实施例2

本实施例提供一种热电偶的断路检测方法，断路检测方法应用于如实施例1中的热电偶的断路检测电路，请参见图5，断路检测方法包括以下步骤：

S1、获取电压检测装置1的第一引脚和第二引脚间的检测电压；

S2、在检测电压大于电压阈值时，确定热电偶TC与电压检测装置1间断路。

具体地，确定热电偶TC与电压检测装置1间断路的步骤，可以包括：

电压检测装置1的第一引脚与热电偶间断开；

和/或，电压检测装置1的第二引脚与热电偶间断开。

本实施例中，提供一种热电偶的断路检测方法包括获取电压检测装置1的第一引脚和第二引脚间的检测电压；在检测电压大于电压阈值时，确定热电偶与电压检测装置1间断路。使用本方法能够确定热电偶两端的电压是否超过预设阈值。通过本方法可以提高工业仪控系统温度测量的可靠性，不用专门派人工去检查输入端是否发生断路，降低了后期维护难度，也保障了系统的安全性。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种热电偶的断路检测电路，其特征在于，所述热电偶断路检测电路包括电压检测装置、热电偶、上拉电阻元件和下拉电阻元件；所述电压检测装置包括第一引脚、第二引脚和信号输出端；

所述热电偶的一端与所述第一引脚电连接，所述热电偶的另一端与所述第二引脚电连接；所述上拉电阻元件的一端与电压源的电压输出端电连接，所述上拉电阻元件的另一端与所述第一引脚电连接；所述下拉电阻元件的一端接地，所述下拉电阻元件的另一端与所述第二引脚电连接；

所述电压源的输出端用于输出大于预设阈值的电压；

所述第一引脚与第二引脚，用于获取所述热电偶两端的电压差；

所述信号输出端与外部设备电连接，所述信号输出端用于根据热电偶两端的所述电压差输出热电偶断路信号，以使得所述外部设备根据所述热电偶断信号判断所述热电偶与所述电压检测装置间是否断路。

2.如权利要求1所述的热电偶的断路检测电路，其特征在于，所述断路检测电路还包括的偏置电压输出元件；

所述第二引脚与所述偏置电压输出元件的输出端电连接；

所述偏置电压输出元件，用于输出偏置电压，所述偏置电压用于将所述热电偶两端电位抬升至大于0。

3.如权利要求1所述的热电偶的断路检测电路，其特征在于，所述断路检测电路还包括瞬态电压抑制二极管，所述瞬态电压抑制二极管的一端与所述第一引脚电连接，所述瞬态电压抑制二极管的另一端与所述电压检测装置的第二引脚电连接；

所述瞬态电压抑制二极管，用于保护所述外部设备免于静电与浪涌的干扰。

4.如权利要求1所述的热电偶的断路检测电路，其特征在于，所述电压检测装置包括第一电流输出单元；

所述第一电流输出单元，用于通过所述第一引脚输出第一检测电流；

所述第二引脚还用于检测所述第一检测电流。

5.如权利要求1所述的热电偶的断路检测电路，其特征在于，所述电压检测装置包括第二电流输出单元；

所述第二电流输出单元，用于通过所述第二引脚输出第二检测电流；

所述第一引脚还用于检测所述第二检测电流。

6.如权利要求1所述的热电偶的断路检测电路，其特征在于，所述上拉电阻元件的阻值为1M-10M欧，所述下拉电阻元件的阻值为1M-10M欧。

7.如权利要求1所述的热电偶的断路检测电路，其特征在于，所述断路检测电路还包括有隔离器；

所述电压检测装置的信号输出端与所述隔离器的一端通信连接，所述隔离器的另一端与所述外部设备通信连接；

所述隔离器，用于防止外部信号干扰所述热电偶断路信号输入到外部设备。

8.如权利要求1所述的热电偶的断路检测电路，其特征在于，所述电压检测装置包括AD转换器。

9.一种热电偶的断路检测方法，其特征在于，所述断路检测方法应用于如权利要求1-8中任意一项所述的热电偶的断路检测电路，所述断路检测方法包括：

获取所述电压检测装置的第一引脚和第二引脚间的检测电压；

在所述检测电压大于电压阈值时，确定所述热电偶与所述电压检测装置间断路。

10.如权利要求9所述的热电偶的断路检测方法，其特征在于，所述确定所述热电偶与所述电压检测装置间断路的步骤，包括：

所述电压检测装置的第一引脚与所述热电偶间断开，

和/或，所述电压检测装置的第二引脚与所述热电偶间断开。

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