CN117091712A - 一种用于ir46物联网表的锰铜温度测试方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于IR46物联网表的锰铜温度测试方法及装置，所述一种用于IR46物联网表的锰铜温度测试方法，包括采集待测锰铜初始实时电流值；根据所述初始实时电流值获取对应电压；利用所述初始实时电流值获取对应电压得到锰铜温度测试结果，解决了用NTC测量温度，生产工艺复杂、难以大批量生产的问题，同时减少MCU系统IO资源，降低整机电表成本，提高了市场都竞争力。
Description
技术领域
本发明涉及温度测试领域，具体涉及一种用于IR46物联网表的锰铜温度测试方法及装置。
背景技术
随着电力电表行业的发展，电力电表已经不是单纯的计量功能，还有更多的往智能化发展，功能也是越来越多，要求也越加严格，其中，IR46物联网智能表，在国网标准规范中，有一条明确说明，当负载异常过大时，流过锰铜条的电流就越大，锰铜条发热也越大，如果温度高到一定程度时，会烧熔电表外壳，甚至是起火的风险，这就要求必须要有报警和切断的功能，也就是需要检测锰铜条的温度作为判断条件。目前现有的检测方式是通过NTC热敏电阻贴到锰铜条上来检测温度，如果采用NTC的方式采样温度，这就存在NTC正常很难贴到锰铜条上，打胶存在贴合是否紧凑，难以批量化生产，同时采样温度需要占用MCU的AD口，单相物联网表是需要4个AD的IO口，三相物联网表的话，就需要8个AD的IO口，在电表系统中，本来IO口的资源就非常紧张，额外增加这么多的IO口，无疑会增加电表整体成本，并且线路也会非常复杂，对PCB布线空间也就有更多的要求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于IR46物联网表的锰铜温度测试装置的测试方法，包括：
采集待测锰铜初始实时电流值；
根据所述初始实时电流值获取对应电压；
利用所述初始实时电流值获取对应电压得到锰铜温度测试结果。
优选的，所述采集待测锰铜初始实时电流值包括：
调整切换开关分别获取倍乘电流值N×IC与基础电流值IC；
利用所述倍乘电流值N×IC与基础电流值IC作为初始实时电流值；
其中，倍乘电流值N×IC与基础电流值IC均为差分电流值。
进一步的，根据所述初始实时电流值获取对应电压包括：
利用所述初始实时电流值的倍乘电流值N×IC获取第一初始电压；
利用所述初始实时电流值的基础电流值IC获取第二初始电压；
分别对所述第一初始电压与第二初始电压基于基于低通滤波器进行去噪处理得到第一电压值VBE1与第二电压值VBE2；
利用所述第一电压值VBE1与第二电压值VBE2作为初始实时电流值获取对应电压。
进一步的，利用所述初始实时电流值获取对应电压得到锰铜温度测试结果包括：
利用所述初始实时电流值获取对应电压基于PN结电流方程计算锰铜温度测试结果。
进一步的，利用所述初始实时电流值获取对应电压基于PN结电流方程计算锰铜温度测试结果的计算式如下：
其中，T为锰铜温度测试结果，VBE1为第一电压值，VBE2为第二电压值，n为理想因子，k为玻尔兹曼常数，q为电荷量，N为倍乘电流值与基础电流值的比值。
一种基于上述权利要求1-5任一项所述的用于IR46物联网表的锰铜温度测试方法的装置，包括依次连接的温度测量模块与数据处理模块；
所述温度测量模块包括四个相同的温度检测电路，所述数据处理模块为温度测量芯片，所述四个相同的温度检测电路分别接入温度测量芯片；
所述温度检测电路包括测量三极管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、低通滤波器、斩波器稳定放大器与切换开关，所述第一电阻R1的一端分别连接测量三极管Q1的基极与集电极，另一端连接低通滤波器，所述第二电阻R2的一端连接测量三极管Q1的发射极，另一端连接低通滤波器，所述第一电容C1并联接入第一电阻R1与第二电阻R2间，所述低通滤波器与斩波器稳定放大器通过双刀双掷开关连接，所述切换开关的固定端分别连接有第一电阻R1与低通滤波器，所述切换开关的活动端分别连接电源端。
优选的，还包括PCB、继电器、被测锰铜条、导热硅胶垫与三极管，所述继电器、被测锰铜条、导热硅胶垫与三极管均位于PCB上，所述被测锰铜条的一端连接继电器，另一端设置于导热硅胶垫上方，所述导热硅胶垫与三极管贴合设置，所述PCB与三极管电连接。
进一步的，所述温度测量模块用于测量被测锰铜条的温度。
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：
本方案的电表锰铜温度测量的发明电路，解决了用NTC测量温度，生产工艺复杂、难以大批量生产的问题，同时减少MCU系统IO资源，降低整机电表成本，提高了市场都竞争力。
附图说明
图1是本发明提供的一种用于IR46物联网表的锰铜温度测试装置的示意图；
图2是本发明提供的一种用于IR46物联网表的锰铜温度测试装置的温度测量电路示意图；
图3是本发明提供的一种用于IR46物联网表的锰铜温度测试装置的连接示意图；
图4是本发明提供的一种用于IR46物联网表的锰铜温度测试方法的流程图；
图5是本发明提供的一种用于IR46物联网表的锰铜温度测试方法的改进电表锰铜温度测量装置的三极管位置示意图；
图6是本发明提供的一种用于IR46物联网表的锰铜温度测试方法的锰铜贴合导热硅胶垫示意图；
附图标记：
1、PCB；2、继电器；3、被测锰铜条；4、导热硅胶垫；5、三极管。
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的详细说明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：本发明提供了一种用于IR46物联网表的锰铜温度测试方法，如图1所示，包括：
S1、采集待测锰铜初始实时电流值；
S2、根据所述初始实时电流值获取对应电压；
S3、利用所述初始实时电流值获取对应电压得到锰铜温度测试结果。
S1具体包括：
S1-1、调整切换开关分别获取倍乘电流值N×IC与基础电流值IC；
S1-2、利用所述倍乘电流值N×IC与基础电流值IC作为初始实时电流值；
其中，倍乘电流值N×IC与基础电流值IC均为差分电流值。
S2具体包括：
S2-1、利用所述初始实时电流值的倍乘电流值N×IC获取第一初始电压；
S2-2、利用所述初始实时电流值的基础电流值IC获取第二初始电压；
S2-3、分别对所述第一初始电压与第二初始电压基于基于低通滤波器进行去噪处理得到第一电压值VBE1与第二电压值VBE2；
S2-4、利用所述第一电压值VBE1与第二电压值VBE2作为初始实时电流值获取对应电压。
S3具体包括：
S3-1、利用所述初始实时电流值获取对应电压基于PN结电流方程计算锰铜温度测试结果。
S3-1的计算式如下：
其中，T为锰铜温度测试结果，VBE1为第一电压值，VBE2为第二电压值，n为理想因子，k为玻尔兹曼常数，q为电荷量，N为倍乘电流值与基础电流值的比值。
实施例2：本发明提供了一种用于IR46物联网表的锰铜温度测试装置，如图2所示，包括依次连接的温度测量模块与数据处理模块；所述温度测量模块包括四个相同的温度检测电路，所述数据处理模块为温度测量芯片，所述四个相同的温度检测电路分别接入温度测量芯片；所述温度检测电路包括测量三极管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、低通滤波器、斩波器稳定放大器与切换开关，所述第一电阻R1的一端分别连接测量三极管Q1的基极与集电极，另一端连接低通滤波器，所述第二电阻R2的一端连接测量三极管Q1的发射极，另一端连接低通滤波器，所述第一电容C1并联接入第一电阻R1与第二电阻R2间，所述低通滤波器与斩波器稳定放大器通过双刀双掷开关连接，所述切换开关的固定端分别连接有第一电阻R1与低通滤波器，所述切换开关的活动端分别连接电源端，所述一种用于IR46物联网表的锰铜温度测试装置还包括PCB1、继电器2、被测锰铜条3、导热硅胶垫4与三极管5，所述继电器2、被测锰铜条3、导热硅胶垫4与三极管5均位于PCB1上，所述被测锰铜条3的一端连接继电器2，另一端设置于导热硅胶垫4上方，所述导热硅胶垫4与三极管5贴合设置，所述PCB1与三极管5电连接，所述温度测量模块用于测量被测锰铜条3的温度。
本实施例中，一种用于IR46物联网表的锰铜温度测试装置，所述数据处理模块与温度测量模块均设置于PCB1上，所述温度测量模块通过三极管5测量被测锰铜条3的温度。
本实施例中，一种用于IR46物联网表的锰铜温度测试装置，如图2所示，三极管温度测试连接图，S9013是NPN的三极管，三极管的集电极和基极相连接，等效于一个PN结，R1和R2为串联电阻,串联在三极管的PN结中，C1为差分滤波电容，电阻R和电容C组成RC滤波电路，虑除噪声的作用。
本实施例中，一种用于IR46物联网表的锰铜温度测试装置，如图3所示，Q1~Q4为测量的三极管，图中U1是1款温度测量芯片，支持4通道（7534SQNR）和8通道(7538SQNR），分别对应单相电表和三相电表的温度测量，电阻R和C组成滤波电路，当通道DP输出标准的激励电流时，三极管的PN结会产生一个压降，同时内部ADC口检测到电压，把模拟信号转换成数字信号，再通过公式换算得到温度保存到相应的寄存器中，MUC通过SCL和SDA两根数字线，通过标准的I2C协议读取寄存器中的温度，同时由于I2C的协议的特性，还可以与片外EEPROM共用IO口，因此这个温度测量的方案几乎不占用户电表系统MCU的资源，使得布线和温度测量变得更加方便。
本实施例中，一种用于IR46物联网表的锰铜温度测试装置，如图3所示，三极管温度测试连接图，S9013是NPN的三极管，三极管的集电极和基极相连接，等效于一个PN结，R1和R2为串联电阻,串联在三极管的PN结中，C1为差分滤波电容，电阻R和电容C组成RC滤波电路，虑除噪声的作用。
本实施例中，一种用于IR46物联网表的锰铜温度测试装置，如图4所示，Q1~Q4为测量的三极管，图中U1是1款温度测量芯片，支持4通道（7534SQNR）和8通道(7538SQNR），分别对应单相电表和三相电表的温度测量，电阻R和C组成滤波电路，当通道DP输出标准的激励电流时，三极管的PN结会产生一个压降，同时内部ADC口检测到电压，把模拟信号转换成数字信号，再通过公式换算得到温度保存到相应的寄存器中，MUC通过SCL和SDA两根数字线，通过标准的I2C协议读取寄存器中的温度，同时由于I2C的协议的特性，还可以与片外EEPROM共用IO口，因此这个温度测量的方案几乎不占用户电表系统MCU的资源，使得布线和温度测量变得更加方便。
本实施例中，一种用于IR46物联网表的锰铜温度测试方法，如图5所示，继电器集成了锰铜，当继电器用于温度过高时，可以自动切断电流；在锰铜的下方有采用一块导热硅胶垫作为导热介质，导热硅胶垫的导热系数高达1.2W /m·K，具有良好的导热性能和绝缘性能，在导热硅胶垫的下方，有一个NPN的三极管，锰铜的温度通过导热硅胶垫间接传导至三极管，通过三极管来测量温度，优势为生产加工会方便的，锰铜可通过硅胶垫直接压在三极管处的上面进行测量。
本实施例中，一种用于IR46物联网表的锰铜温度测试方法，如图6所示，锰铜压在导热硅胶垫上，而导热硅胶垫是压在三极管上，导热硅胶垫具有弹性，三极管能够很好与导热硅胶垫接触，能够充分接受到热量的传递，同时导热硅胶垫具有良好的绝缘性能，保证绝缘安全，单相总共有2路，共有4个温度测量点，而三相有4路，共有8个温度测量点。
本实施例中，一种用于IR46物联网表的锰铜温度测试方法，在具体应用中结合测试装置，通过三极管PN的电流在N×IC和IC之间切换，切换到N×IC得到VBE1，然后切换到IC，得到VBE2。然后可以使用两个VBE1和 VBE2测量值计算温度，这种方法还可以消除任何串联电阻对温度测量的影响。VBE1和 VBE2是产生的电压波形通过内部的低通滤波器去除噪声，然后进入斩波器稳定放大器，将放大和整流波形以产生与VBE1和 VBE2成比例的直流电压，ADC将此电压数字化并产生温度测量，利用VBE1和 VBE2计算温度的过程如下：
PN结的电流方程：
公式1
公式2
·Ic：前向电流；
·Is：反向饱和电流；
·VBE：B-E 前向电压；
·VT：温度电压；
·n：理想因子；
·k：玻尔兹曼常数；
在 VBE>>VT 的时候，上述公式1中的－1可以省略，则：
公式3
则对应的温度：
公式4
使用的是2个差分电流，也就是分别测量在Ic1，IC2两个电流下，到对应VBE1，VBE2，那么结合公式3和公式4，可以获得：
公式5
两个差分电流呈线性比例关系，IC2=N·IC1，则
公式6
在最终的温度计算公式中，三极管PN结的反向饱和电流Is被消去，就只剩下一个三极管PN结的理想因子n，也就是与饱和电流Is无关了，因此只需要得到VBE1和 VBE2，带入公式6，就可以得到相对应的温度了。为了进一步一部提高温度测量精度，需要选取一种具体的三极管的型号，在不同的温度下，范围在-40℃~150℃之间，测量多个温度，在测量的实际值和标准的设定测试温度值做对比，所得到数据，再通过线性拟合的方式补偿计算，可以就得到更加准确的温度值，由于不同厂家生产的三极管存在差异，因此，实际使用时，尽可能不要随意更换三极管，以避免不同三极管所带来的温度偏差。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (9)
1.一种用于IR46物联网表的锰铜温度测试方法，其特征在于，包括：
S1、获取待测锰铜初始电能数据；
S2、利用所述待测锰铜初始电能数据得到待测锰铜分析数据；
S2-1、利用所述待测锰铜初始电能数据得到待测锰铜电压数据；
S2-2、利用所述待测锰铜电压数据得到待测锰铜分析数据；
S3、根据所述待测锰铜分析数据得到锰铜温度测试结果。
2.如权利要求1所述的一种用于IR46物联网表的锰铜温度测试方法，其特征在于，所述获取待测锰铜初始电能数据包括：
采集待测锰铜对应差分电流值作为基础电流值IC；
利用所述基础电流值IC作为待测锰铜初始电能数据。
3.如权利要求2所述的一种用于IR46物联网表的锰铜温度测试方法，其特征在于，利用所述待测锰铜初始电能数据得到待测锰铜电压数据包括：
根据所述待测锰铜初始电能数据调整切换开关得到倍乘电流值N×IC；
利用所述倍乘电流值N×IC得到对应电压作为第一初始电压；
利用所述待测锰铜初始电能数据得到对应电压作为第二初始电压；
利用所述第一初始电压与第二初始电压作为待测锰铜电压数据。
4.如权利要求3所述的一种用于IR46物联网表的锰铜温度测试方法，其特征在于，利用所述待测锰铜电压数据得到待测锰铜分析数据包括：
利用所述待测锰铜电压数据的第一初始电压与第二初始电压基于低通滤波器分别进行去噪处理得到第一电压值VBE1与第二电压值VBE2；
利用所述第一电压值VBE1与第二电压值VBE2作为待测锰铜分析数据。
5.如权利要求4所述的一种用于IR46物联网表的锰铜温度测试方法，其特征在于，根据所述待测锰铜分析数据得到锰铜温度测试结果包括：
利用所述待测锰铜分析数据基于PN结电流方程计算锰铜温度测试结果。
6.如权利要求5所述的一种用于IR46物联网表的锰铜温度测试方法，其特征在于，利用所述待测锰铜分析数据基于PN结电流方程计算锰铜温度测试结果的计算式如下：
其中，T为锰铜温度测试结果，VBE1为第一电压值，VBE2为第二电压值，n为理想因子，k为玻尔兹曼常数，q为电荷量，N为倍乘电流值与基础电流值的比值。
7.一种基于上述权利要求1-6任一项所述的用于IR46物联网表的锰铜温度测试方法的装置，其特征在于，包括依次连接的温度测量模块与数据处理模块；
所述温度测量模块包括四个相同的温度检测电路，所述数据处理模块为温度测量芯片，所述四个相同的温度检测电路分别接入温度测量芯片；
所述温度检测电路包括测量三极管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、低通滤波器、斩波器稳定放大器与切换开关，所述第一电阻R1的一端分别连接测量三极管Q1的基极与集电极，另一端连接低通滤波器，所述第二电阻R2的一端连接测量三极管Q1的发射极，另一端连接低通滤波器，所述第一电容C1并联接入第一电阻R1与第二电阻R2间，所述低通滤波器与斩波器稳定放大器通过双刀双掷开关连接，所述切换开关的固定端接入第一电阻R1与低通滤波器之间，所述切换开关的活动端分别连接电源端。
8.如权利要求7所述的一种用于IR46物联网表的锰铜温度测试装置，其特征在于，还包括PCB(1)、继电器(2)、导热硅胶垫(4)与三极管(5)，所述继电器(2)、导热硅胶垫(4)与三极管(5)均位于PCB(1)上，被测锰铜条(3)的一端连接继电器(2)，另一端设置于导热硅胶垫(4)上方，所述导热硅胶垫(4)与三极管(5)贴合设置，所述PCB(1)与三极管(5)电连接。
9.如权利要求8所述的一种用于IR46物联网表的锰铜温度测试装置，其特征在于，所述温度测量模块用于测量被测锰铜条(3)的温度。
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