CN201130066Y

CN201130066Y - 热偶测量装置

Info

Publication number: CN201130066Y
Application number: CNU2007201753278U
Authority: CN
Inventors: 李庆; 瑟奇·鲁戈
Original assignee: Schneider Electric SE
Current assignee: Schneider Electric SE; Schneider Electric Industries SAS
Priority date: 2007-08-30
Filing date: 2007-08-30
Publication date: 2008-10-08
Anticipated expiration: 2017-08-30

Abstract

一种隔离热偶测量装置包括：输入接线装置，接收热偶测量信号；第一隔离装置，用于将输入接线装置接收的热偶测量信号与后续电路隔离；A/D转换器，用于对经第一隔离装置隔离的热偶测量信号进行A/D转换；第二隔离装置，用于将A/D转换器的输出信号与后续电路隔离；微控制器MCU及其相关后续电路，接收经隔离的A/D转换器的输出信号，并获得关于目标物体的温度信息供其后续电路使用。其中，第一隔离装置采用光电继电器来实现。

Description

热偶测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种温度测量控制领域中的热偶测量模块，更具体地，涉及一种温度测量控制领域中的低成本隔离多通道热偶测量装置。

背景技术

目前的测温技术主要是通过基于热阻效应测温原理的诸如PT100热敏电阻传感器或基于热电效应测温原理的热偶传感器来得到目标物体温度信息，其中热偶传感器因测温范围宽、性能比较稳定、同时结构简单、动态响应好、不需要驱动电流、使用相对较简单而广泛的应用于自动控制和集中控制。但是直接使用热偶只能得到目标与冷接点(接线端子)之间的相对温差信息；如果需要得到真实的目标物体温度，还必须获得冷接点的温度信息，以用于温度补偿。

根据应用的不同，温度补偿分为内部补偿和外部补偿。内部补偿一般用专用的测温芯片来模拟冷接点温度，外部补偿一般用诸如PT100的热敏电阻传感器来获得冷接点温度。不管用哪种方式的补偿，我们都需要用到和热偶不同的传感器来测量冷接点温度，所以目前常用测量方式是：通过多个内部模拟/数字转换器件或多种信号处理来对多通道热偶信号和冷接点温度信号进行采样，微控制器MCU对采样信号处理后传给上位机或中央处理器CPU模块。

而通常的工业控制中，还需要将热偶信号与控制系统部分的电路进行隔离，在多通道热偶测量装置中，需要将各路热偶信号与控制系统部分的电路分别进行隔离。并且各路热偶信号之间一般也需要隔离。传统的隔离装置通常每路通道用一套测量电路，最后微控制器MCU通过隔离器(光偶或磁偶器件)与每套测量电路进行通讯以获得数据，所以其成本较高。

针对具体的工业应用，传统的热偶测量装置的设计往往偏重某一方面的应用，如，补偿、隔离、或热偶信号的采样处理等等。因此，需要一种能够减少有关隔离设计的成本的热偶测量装置、以及能够兼顾热偶测温中的多种要求同时成本又低廉的热偶测量装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是基本解决至少上述问题和/或缺点，并提供至少下面的优点。

因此，本实用新型的一个方面是提供一种隔离多通道热偶测量装置，包括：输入接线装置，接收热偶测量信号；第一隔离装置，用于将输入接线装置接收的热偶测量信号与后续电路隔离；A/D转换器，用于对经第一隔离装置隔离的热偶测量信号进行A/D转换；第二隔离装置，用于将A/D转换器的输出信号与后续电路隔离；微控制器MCU及其相关后续电路，接收经隔离的A/D转换器的输出信号，并获得关于目标物体的温度信息供其后续电路使用。其中，第一隔离装置采用光电继电器来实现。

本实用新型的隔离多通道热偶测量装置能够实现隔离的多通道热偶温度测量，其中隔离装置简单却能够使得现场的长线应用情况的输入简化，进而使输入部分的电路成本降低；而且采样通道分配独具特色，补偿方式多种多样。本实用新型的隔离多通道热偶测量装置设计简单却涵盖面广，能够适应不同情况的现场应用。

附图说明

通过下面参照附图进行详细描述，本实用新型的上述和其他目的、特征和优点将变得更加明显，其中：

图1示出了根据本实用新型的实施例的隔离多通道热偶测量装置的总的电路结构。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施例进行说明。附图中类似的附图标记指代类似的电路元件或信号。

图1示出了根据本实用新型的实施例的隔离多通道热偶测量装置的总的电路结构。如图1所示，根据本实用新型的隔离多通道热偶测量装置包括：多通道热偶测量信号CH1、CH2……CH8的输入接线装置；包括光电继电器RLY1、RLY2……RLY8的第一隔离装置，用于将各通道热偶测量信号分别与后续电路隔离；外部温度补偿装置，一般可选用PT100热敏电阻传感器来测量热偶冷接点处温度，以便对热偶测量的目标物体温度进行所谓的外部补偿；内部温度补偿装置，一般可选用专用的测温芯片来测量热偶冷接点处温度以便对热偶测量的目标物体温度进行所谓的内部补偿；A/D转换器，用于对热偶测量信号、外部温度补偿装置输出的信号、内部温度补偿装置输出的信号进行A/D转换；译码器，用于根据输入的控制信号选择经光电继电器隔离的多通道热偶测量差分信号之一，使其输入到A/D转换器的AIN0、AIN3，以便对其进行A/D采样；第二隔离装置，用于将A/D转换器的输出信号与后续电路隔离；微控制器MCU及其相关后续电路，接收经隔离的A/D转换器的输出信号，并根据使用外部温度补偿装置还是内部温度补偿装置来采取相应的补偿算法进行温度补偿计算，从而获得目标物体的实际温度数值度供其后续电路使用；DC/DC变换器，用于将来自相关后续电路部分的直流电源在微控制器MCU的启动信号控制下，产生隔离的DC参考电源，供与微控制器MCU等电路隔离的前级电路使用。

从图上可以看出，第二隔离装置使得A/D转换器与微控制器MCU之间是隔离的，第一隔离装置使得多通道热偶输入信号与A/D转换器之间、以及多通道热偶输入信号之间是隔离的。

根据本实用新型的隔离多通道热偶测量装置引入光继电器作为第一隔离装置，使得现场的长线应用情况的输入简化，输入部分的电路成本降低。

根据本实用新型的隔离多通道热偶测量装置的A/D转换器选用多通道、带内部PGA(可编程运放)的高精度∑-Δ转换器件进行A/D处理，使得设计简单，诸如选用ADI公司的AD779X系列A/D芯片。

外部温度补偿装置选用的PT100热敏电阻传感器可采用多种接线方式，如二线、三线、四线连接方式的PT100热敏电阻传感器。

当选用内部温度补偿装置时：A/D转换器首先通过译码器选择热偶测量信号CH1，在输入端AIN0、AIN1对其进行采样；然后依次选择热偶测量信号CH2、CH3……CH8，在输入端AIN0、AIN1对其分别进行采样；然后在输入端AIN8、AIN9采样内部温度补偿装置的温度传感器信号；微控制器MCU接收经隔离的上述A/D采样值，根据内部温度补偿装置的温度传感器信号的采样值分别对热偶测量信号CH1、CH2、CH3……CH8的采样值一一执行内部温度补偿运算处理得到目标物体的实际温度值，然后，微控制器MCU通过总线将目标物体的实际温度值上传至上位机用于进一步的控制处理。具体的内部温度补偿公式或算法是本领域技术人员公知的，在此省略其描述。

当选用外部温度补偿装置时：A/D转换器首先通过译码器选择热偶测量信号CH1，在输入端AIN0、AIN1对其进行采样；然后依次选择热偶测量信号CH2、CH3……CH8，在输入端AIN0、AIN1对其分别进行采样。

然后在输入端AIN2、AIN3采样外部温度补偿装置的温度传感器信号OUT1；输入端AIN4、AIN5采样外部温度补偿装置的温度传感器信号OUT2；输入端AIN6、AIN7采样外部温度补偿装置的温度传感器信号OUT3。这是外部温度补偿装置选用PT100热敏电阻传感器时的二线制、三线制、四线制连接方式的采样顺序。二线制、三线制、四线制连接方式不同仅在于接线方式不同。二线制连接方式需要将外部温度补偿装置的上面两个端子短接，同时下面两个端子短接；三线制连接方式需要将上面两个端子短接；四线制连接方式即如图1所示，不需短接任何端子。

微控制器MCU接收经隔离的上述A/D采样值，根据外部温度补偿装置的温度传感器信号的三个采样值分别对热偶测量信号CH1、CH2、CH3……CH8的采样值一一执行外部温度补偿运算处理得到目标物体的实际温度值，然后，微控制器MCU通过总线将目标物体的实际温度值上传至上位机用于进一步的控制处理。根据外部温度补偿装置的二线制、三线制、四线制的具体选用的连接方式，外部温度补偿的计算不同且相对较复杂，这是本领域技术人员公知的，在此省略其描述。

在选用外部温度补偿装置时，根据设计需要，在有电流检测电路的情况下，外部温度补偿装置的输入IN外接一恒流源用做PT100热敏电阻传感器的驱动电流，但是也可以用别的低成本方法来做PT100驱动电流。选择电阻器R的值使得驱动电流尽量保持在1mA左右。

在具体实现中，多通道可以为任意个数的通道，针对不同的通道数，只需对译码器的输入控制信号进行适当扩充即可。并且A/D转换器的采样顺序也可以根据需要进行改变。

进一步，根据本实用新型的隔离多通道热偶测量装置既可以选用针对不同连接方式的外部补偿方式，也可以选用内部补偿方式，因而其能够根据实际需要进行灵活配置。例如针对仅需要外部补偿方式的情况，可去除内部温度补偿装置；而针对仅需要内部补偿方式的情况，可去除外部温度补偿装置。或者针对不同通道的热偶测量信号而选择内部补偿方式或外部补偿方式。

而在只需测量目标物体的温度变化而不需测量其实际温度的情况下，也可省略温度补偿装置。

综上，本实用新型的隔离多通道热偶测量装置能够实现隔离的多通道热偶温度测量，其中隔离装置简单却能够使得现场的长线应用情况的输入简化，进而使输入部分的电路成本降低；而且采样通道分配独具特色，补偿方式多种多样。本实用新型的隔离多通道热偶测量装置设计简单却涵盖面广，能够适应不同情况的现场应用。

虽然已参照本实用新型的某些优选实施例示出并描述了本实用新型，但本领域技术人员应当明白，在不背离由所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围的情况下，可以在形式上和细节上对其做出各种变化。

Claims

1.一种隔离热偶测量装置，其特征在于包括：

输入接线装置，接收热偶测量信号；

第一隔离装置，用于将输入接线装置接收的热偶测量信号与后续电路隔离；

A/D转换器，用于对经第一隔离装置隔离的热偶测量信号进行A/D转换；

第二隔离装置，用于将A/D转换器的输出信号与后续电路隔离；

微控制器MCU及其相关后续电路，接收经隔离的A/D转换器的输出信号，并获得关于目标物体的温度信息供其后续电路使用，

其中，第一隔离装置采用光电继电器来实现。

2.如权利要求1所述的隔离热偶测量装置，其特征在于：

其中的输入接线装置接收多通道的热偶测量信号；

所述隔离热偶测量装置还包括：

译码器，用于根据控制信号选择经第一隔离装置隔离的多通道热偶测量信号之一，使其输入到A/D转换器的相应的模拟输入端，以便对其进行A/D采样。

3.如权利要求1或2所述的隔离热偶测量装置，其特征在于：

所述隔离热偶测量装置还包括：

外部温度补偿装置，用于测量热偶冷接点处温度，以便对热偶测量的目标物体温度进行外部补偿，

其中A/D转换器还对外部温度补偿装置输出的信号进行A/D转换，微控制器MCU根据使用外部温度补偿装置的输出采样值采取相应的补偿算法进行温度补偿计算，获得目标物体的实际温度数值供其后续电路使用。

4.如权利要求1或2所述的隔离热偶测量装置，其特征在于：

所述隔离热偶测量装置还包括：

内部温度补偿装置，用于测量热偶冷接点处温度以便对热偶测量的目标物体温度进行内部补偿，

其中A/D转换器还对内部温度补偿装置输出的信号进行A/D转换，微控制器MCU根据使用内部温度补偿装置的输出采样值采取相应的补偿算法进行温度补偿计算，获得目标物体的实际温度数值供其后续电路使用。

5.如权利要求4所述的隔离热偶测量装置，其特征在于：

所述隔离热偶测量装置还包括：

外部温度补偿装置，用于测量热偶冷接点处温度，以便对多通道之一的热偶测量的目标物体温度进行外部补偿，

其中A/D转换器还对外部温度补偿装置输出的信号进行A/D转换，微控制器MCU根据使用外部温度补偿装置还是内部温度补偿装置来采取相应的补偿算法进行温度补偿计算，获得目标物体的实际温度数值供其后续电路使用。

6.如权利要求1所述的隔离热偶测量装置，其特征在于：

A/D转换器选用ADI公司的AD779X系列A/D芯片来实现。

7.如权利要求3所述的隔离热偶测量装置，其特征在于：

外部温度补偿装置选用PT100热敏电阻传感器来实现。

8.如权利要求4所述的隔离热偶测量装置，其特征在于：

内部温度补偿装置选用专用的测温芯片来实现。