CN1187620A - 用于多点温度测量电阻的输入装置 - Google Patents

Abstract

用于多点温度测量电阻的输入装置,逐一切换并选择多个温度测量电阻以便以电压值检测所选电阻的电阻值,其中:每个所述温度测量电阻带有相同内阻的第一、第二接线,还有第三接线;还包括:第一和第二恒流源,AD转换器,分别对应于所述各温度测量电阻设置的第一开关,第二开关,第三开关,第四开关,只有当所述温度测量电阻相应的一个被选择时,每个相应开关才动作。其优点是小型化,成本低及使用简单。

Description

用于多点温度测量电阻 的输入装置

本发明涉及一种用于多点温度测量电阻的输入装置，该输入装置从多个用于加热炉、转炉(Converter)、锅炉等中进行温度控制、温度监测等的温度测量电阻中有选择性地逐一切换、选择及读取输入信号。

在以下附图中，类似或相同部分标注相同的标号。

在从温度监测电阻读取信号的装置中，已经采用一些方法，每个方法中来自多个温度测量电阻的输入信号被逐一切换并读取。这些读取方法当中，有一个方法使恒定电流流入温度测量电阻并将温度测量电阻的阻值转换为电压来读取电压值。在这种读取方法中，对于逐一选择多个温度测量电阻并且切换到读取电路侧的电路(多路转换器，multiplexer)，其本身接触部分的电阻(接触电阻、接通电阻等等)叠加在温度测量电阻信号上并且被读取。由于这样读取的接触部分的电阻引起误差，所以要求抑制接触部分的电阻(接触电阻、接通电阻等等)到很小的值以便降低该误差的影响到可以忽略的程度。为此，一个特殊部分如汞断电器等已经被用作切换部分的触点。

图2为电路原理图，表示用于传统多点温度测量电阻的输入装置的主要部分。图中，标号1表示一个多点温度测量电阻的输入装置，2(2_1、2_2、2_3)分别表示第一、第二和第三点的温度测量电阻，3、4、5表示连接输入装置1和各温度测量电阻2的接线。在本图中，作为示例仅仅标示了第一点温度测量电阻2_1的接线。

标号6表示多路转换器，用于逐一切换及选择各温度测量电阻2_1至2_3，并且取入各电阻阻值的变化；标号12、13表示用于切换的触点。

标号7、8每个表示一个恒定电流电路，用于提供恒定电流给温度测量电阻2侧，以便以电压值的形式取得温度测量电阻2的电阻值；标号9表示AD(模数)转换器，用于转换从温度测量电阻测得的电压值为数字值；标号10表示CPU(中央处理器)，用于进行数据处理以使AD转换器9转换的输出数据经过校正处理如线性化等，由此获得温度测量电阻的检测温度；标号11表示通讯电路，用于在必要时将由CPU 10获得的温度检测数据等传送至图中未表示出的更高一级的计算机如监控装置。

以下，按图2中所示在第一点温度测量电阻2_1被选择的情况作为一个实例解释图2的工作原理。在这种情况下，只有对应于第一点的温度测量电阻2_1的开关12和13处于接通状态，对应于其余温度测量电阻2_2、2_3的开关12和13保持断开状态。同样，当第二点和第三点的温度测量电阻2_2和2_3被选择时，仅仅对应于被选择的温度测量电阻的开关12和13处于接通状态，所有对应于未被选择的温度测量电阻的开关12和13保持断开状态。在这一点上，处于接通状态的开关12和13的阻值分别被设置为Rs1和Rs2。

当对应于温度测量电阻2_1的开关12和13处于接通状态时，来自恒流源7的恒定电流I1流经电流通路为开关12→接线3(其阻值设为R1)→温度测量电阻2_1(其阻值设为Rpt)→接线5→接地端G→恒流源8，并且恒流源8的恒定电流I2流经电流通路为开关13→接线4(其阻值设为R2)→接线5→接地端G→恒流源8。

在这种情况下，到AD转换器9的输入电压Ei由下式(1)给出：

Ei＝I1(Rs1+R1+Rpt)-I2(Rs2+R2)  ……    (1)

接线3、4的电阻R1、R2的阻值可以通过调整接线长度彼此相等来达到阻值相等。此外，来自恒流源7、8的电流I1、I2可以通过调整电流源来达到电流值彼此相等。

因此，如果

R1、R2      ……           (2)

I1＝I2      ……           (3)

等于(1)可以被写作下式(4)

Ei＝I1×Rpt+I1(Rs1-Rs2)    ……             (4)

式(4)的第一项为实际值，其第二项为误差部分。因此，如果Rs1不等于Rs2，那么误差部分就会存在。然而设置开关12和13具有相同的阻值(接触电阻，接通电阻等)是困难的，而且由于环境温度的影响可能使该阻值发生变化。因此，事实上，已经有了如上所述的应用汞继电器等抑制Rs1和Rs2的绝对值降到很小的值的方法。

然而，上述传统方法具有以下(1)～(3)问题。它们具体是：(1)汞继电器容易受机械震动的影响；(2)汞继电器受安装方向的限制；(3)由于环境问题等原因生产厂商停止汞继电器的生产。因此，人们希望不使用汞继电器。

鉴于这种情况，本发明的目的是提供一种用于多点温度测量电阻的输入装置，其能够使用具有其接通电阻(ON-resistances)并不小的开关的多路转换器。

为了解决上述问题，根据第一个方面，用于多点温度测量电阻的输入装置(1)对多个温度测量电阻(2_1至2_3)作逐一变换和选择，以便以电压值(Ei)的形式测量所选电阻的阻值(Rpt)，其中每个温度测量电阻都有具有相同内阻(R1、R2)的第一和第二接线(3、4)以及对应的第三接线(5)，并且其中每个温度测量电阻的一端连接到对应的第一接线的一端，其另一端连接到对应的第二和第三接线一端，该用于多点温度测量电阻的输入装置包括：

第一和第二恒流源(7、8)，用于提供电流大小相等的恒定电流(I1、I2)；

AD转换器(9)，用于将温度测量电阻检测的电压转换为数字数据；

第一开关(19)，分别对应于各温度测量电阻而设置，只有当温度检测电阻中相应的一个被选择时，每个第一开关才将所选温度测量电阻的第一接线的另一端连接到第一恒流源的一个电极；

第二开关(20)，分别对应于各温度测量电阻而设置，只有当温度检测电阻相应的一个被选择时，每个第二开关才将所选温度测量电阻的第二接线的另一端连接到第二恒流源的一个电极，该电极具有与第一恒流源的一个电极相同的极性，其中各温度测量电阻的第三接线的另一端被连接到第一和第二恒流源的另一电极(经由接地端G等)；

第三开关(12)，分别对应于各温度测量电阻而设置，只有当温度检测电阻相应的一个被选择时，每个第三开关才将所选温度测量电阻的第一接线的另一端连接到AD转换器的一个输入端；

第四开关(13)分别对应于各温度测量电阻而设置，只有当温度检测电阻相应的一个被选择时，每个第四开关才将所选温度测量电阻的第二接线的另一端连接到AD转换器的另一个输入端。

在根据第二方面的用于多点温度测量电阻的输入装置中，根据第一方面的用于多点温度测量电阻的输入装置以第一和第二开关被组合在第一多路转换器(18)中的形式构成。

在根据第三方面的用于多点温度测量电阻的输入装置中，根据第一或二方面的多点温度测量电阻的输入装置以第三和第四开关被组合在第二多路转换器(6)中的形式构成。

在根据第四方面的用于多点温度测量电阻的输入装置中，根据第一至第三方面之一的多点温度测量电阻的输入装置进一步包括用于从AD转换器转换并输出的数字数据中获得所选温度测量电阻的温度的装置(CPU 10)；以及用于传送获得的温度数据到外部部分的装置(通讯电路11)。

用于切换流入各温度测量电阻的恒定电流的多路转换器电路与用于切换从各温度检测电阻提取的输入信号的多路转换器电路彼此独立地设置，使得由于多路转换器中各开关的电阻带来的误差部分不包含在输入信号中。

图1是表示本发明实施例主要部分的电路原理图。

图2是相应图1的传统实例的电路原理图。

图1是表示根据本发明实施例的用于多点温度测量电阻的输入装置的主要部分的电路原理图，它对应于图2。图1中，多路转换器18与多路转换器6彼此独立设置。恒流源7和8的电流通过多路转换器18和多路转换器6的温度测量电阻2的接线3、4注入温度测量电阻2侧。

标号19和20表示设置在多路转换器18中对应于每个温度测量电阻2_1至2_3的开关。只有对应于所选温度测量电阻(在本实例中为2_1)的开关19和20被接通，而所有对应于未选择的温度测量电阻的转换开关12和13保持断开。

图1的实施例表示多路转换器6的开关12和13以及多路转换器18的开关19和20选择第一点温度测量电阻2_1的状态。

图1中，每个开关12、13、19、20不要求是具有低接通电阻的开关如汞继电器。

图1所表示的状态中，来自恒流源7的电流I1的流经路径为开关19→接线3→温度测量电阻2_1→接线5→接地端G→恒流源7，并且进一步通过开关19→开关12→AD转换器9的输入电阻25→开关13→接线4→接线5构成的通路分流。然而，由于AD转换器的输入电阻25一般非常大，所以流过分流回路的电流是可忽略不计的。

由于同样的原因，认为来自恒流源8的电流I2只流经通路开关20→接线4→接线5→接地端G→恒流源8。因此，设置在多点温度测量电阻的输入装置1上接线3、4和输入装置之间的连接端子T1和T2之间的电压Ei0可以由下式(5)表示。

Ei0＝I1(R1+Rpt)-I2×R2        ……             (5)

如图2的情况，当该实施例配置为满足式(2)和(3)时，式(5)可以被重写为下式(6)。

Ei0＝I1×Rpt                   ……             (6)

在式(6)中，式(4)中误差部分项被消除，并且电压仅包括温度测量电阻本身的电压部分。另外在这种情况，由于认为AD转换器的输入电阻25的阻值Z相对于多路转换器6的开关12和13的接通电阻值Rs1、Rs2是无穷大的，因此AD转换器9的输入电压Ei变为等于多点温度测量电阻的输入装置1的端子T1、T2间的输入电压Ei0。因此，只有由式(6)获得的实际值被输入到AD转换器9。按这种方式，构成多路转换器6的开关的接通电阻Rs1和Rs2不影响温度测量电阻信号的准确读取。

根据本发明，所述两个多路转换器被设置作为用于逐一切换并选择各多点温度测量电阻的多路转换器。即，由于设置了用于使恒定电流流入温度测量电阻的多路转换器18和用于以无电流形式(即无穷大的输入阻抗)提取温度测量电阻接线连接端之间电压的多路转换器6，故构成多路转换器的各开关的接通电阻不影响温度测量电阻信号的读取。因此，由于具有某些余留接通电阻的元件如半导体开半等可以被使用在多路转换器中，该用多点温度测量电阻的输入装置，可以期望具有这样一些技术优点，即该多点温度测量电阻的输入装置可以降低尺寸，特别是象由于采用汞继电器使器件安装方向受到限制的问题可以解决。

简单地说，由于用在多路转换器的开关的种类和范围可以增加，所以该多点温度测量电阻的输入装置的优点如(1)小型化，(2)成本降低，(3)使用简单等等可以被更加容易地实现

Claims (8)

1、一种用于多点温度测量电阻的输入装置，逐一切换并选择多个温度测量电阻以便以电压值的形式检测所选电阻的电阻值，其中：

每个所述温度测量电阻带有具有相同内阻的第一、第二接线，还有第三接线；

每个所述温度测量电阻的一端连接到相应的第一接线的一端，其另一端连接相应的第二接线和第三接线的一端，其中所述第三接线的另一端连接到所述第一和第二恒流源的一个电极，该输入装置包括：

第一和第二恒流源，用于提供具有相同数值的恒定电流；

AD转换器，用于转换所述温度测量电阻检测的电压值为数字数据；

分别对应于所述各温度测量电阻设置的第一开关，只有当所述温度测量电阻相应的一个被选择时，每个所述第一开关才将所述选择的温度测量电阻的第一接线的另一端连接到所述第一恒流源的另一电极；

分别对应于所述各温度测量电阻设置的第二开关，只有当所述温度测量电阻相应的一个被选择时，每个所述第二开关才将所述选择的温度测量电阻的第二接线的另一端连接到所述第二恒流源的另一电极，该电极具有与所述第一恒流源的另一电极相同的极性；

分别对应于所述各温度测量电阻设置的第三开关，只有当所述温度测量电阻相应的一个被选择时，每个所述第三开关才将所述选择的温度测量电阻的第一接线的另一端连接到所述AD转换器的一个输入端；

分别对应于所述各温度测量电阻设置的第四开关，只有当所述温度测量电阻相应的一个被选择时，每个所述第四开关才将所述选择的温度测量电阻的第二接线的另一端连接到所述AD转换器的另一输入端。

2、如权利要求1所述的用于多点温度测量电阻的输入装置，其中：

所述第一和第二开关被组合在第一多路转换器中。

3、如权利要求1所述的用于多点温度测量电阻的输入装置，其中：

所述第三和第四开关被组合在第二多路转换器中。

4、如权利要求2所述的用于多点温度测量电阻的输入装置，其中：

所述第三和第四开关被组合在第二多路转换器中。

5、如权利要求1所述的用于多点温度测量电阻的输入装置，进一步包括：

用于从所述AD转换器中转换并输出的数字数据中获得所述选择的温度测量电阻的温度值的装置；

用于传送获得的温度值到外部部分的装置。

6、如权利要求2所述的用于多点温度测量电阻的输入装置，进一步包括：

用于从所述AD转换器中转换并输出的数字数据中获得所述选择的温度测量电阻的温度值的装置；

用于传送获得的温度值到外部部分的装置。

7、如权利要求3所述的用于多点温度测量电阻的输入装置，进一步包括：

用于从所述AD转换器中转换并输出的数字数据中获得所述选择的温度测量电阻的温度值的装置；

用于传送获得的温度值到外部部分的装置。

8、如权利要求4所述的用于多点温度测量电阻的输入装置，进一步包括：

用于从所述AD转换器中转换并输出的数字数据中获得所述选择的温度测量电阻的温度值的装置；

用于传送获得的温度值到外部部分的装置。

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