CN202694136U - 多通道热控系统测试设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种多通道热控系统测试设备，包括多通道阻值测量模块、多通道热敏电阻模拟模块、多通道加热回路电压测量模块和多通道加热回路电流测量模块四个测量模块，各模块在控制计算机的统一控制下协调工作，满足对多通道热控系统各节点电流、电压、电阻等电性能参数的测试要求，并行测量通道多达上百条，测试效率大大提高，并且检测精度高，可靠性好。

Description

多通道热控系统测试设备

技术领域

本实用新型涉及热控系统电性能测试技术领域，特别是涉及一种多通道热控系统测试设备，用于完成对多通道热控系统电性能的自动化测试。

背景技术

在航天技术日益发展的今天，各种类型的人造卫星是发射数量最多，用途最广，发展最快的航天器。人造卫星系统一般由专用系统和保障系统组成，专用系统是指与卫星所执行的任务直接有关的系统，也称为有效载荷，保障系统是指保障卫星和专用系统在空间正常工作的系统，也称为服务系统。在卫星保障系统的各子系统中，热控系统扮演者重要角色，其功能是为星上仪器设备的正常工作提供合适的温度环境。卫星在高真空的太空环境中飞行时，处于严酷的外部热环境下工作，如果没有任何热控措施，剧烈的热环境变化会导致舱内仪器设备和部件的故障，为保证舱内仪器设备和部件的正常工作，需要有热控系统对舱内热环境进行监控控制，为卫星提供稳定的热环境。卫星热控系统（控温仪）主要包括加热器加热回路和测温仪测温回路，由于卫星舱内需要进行温控的位置多达上百处，所以加热器加热回路和测温仪测温回路通常有几十到上百路。卫星上轨飞行前，需要在地面对这些温控点的电性能进行测试，需要测试的节点达数百个，但现有的地面测试装置一般一次只能进行单通道或几个通道的测试，测试效率低，成本高。

实用新型内容

本实用新型根据现有技术存在的缺陷，提供一种多通道热控系统测试设备，满足对多通道热控系统各节点电流、电压、电阻等电性能参数的测试要求，并行测量通道多达上百条，测试效率大大提高，并且检测精度高，可靠性好。

本实用新型的技术方案是：

一种多通道热控系统测试设备，其特征在于，包括

（1）多通道阻值测量模块：用于测量热敏电阻和加热电阻的静态阻值，检查输入输出接口的节点连接关系是否正确，并检查电阻与地线的隔离情况；

（2）多通道热敏电阻模拟模块：用于代替热敏电阻或与热敏电阻串/并联后接入控温仪测温回路，对控温仪测温回路的测温功能和测温精度进行测试；

（3）多通道加热回路电流测量模块：用于通过非接触的方式测量加热回路的电流，检查加热电流输出节点连接是否正确，电流是否正常；

（4）多通道加热回路电压测量模块：用于测量加热回路输出的加热电压，指示加热回路加热状态，检查电压输出节点连接是否正确，电压是否正常；

以上各模块均通过交换机与控制计算机相连，在控制计算机的统一控制下协调工作。

所述多通道是指所述以上各模块的并行测量通道均在百条以上。

所述多通道阻值测量模块、多通道热敏电阻模拟模块、多通道加热回路电流测量模块和多通道加热回路电压测量模块均包括通用的母板、电源板、控制与通讯板以及各模块专用的功能子板；在每个模块中，所述电源板通过母板分别与控制与通讯板和功能子板连接，控制与通讯板和功能子板通过母板相互连接，控制与通讯板连接控制计算机；所述电源板将交流电变换成所需的直流电为控制与通讯板和功能子板供电，所述控制与通讯板接收和执行控制计算机发出的指令，并把指令的执行结果返回给控制计算机，所述母板为电源板、控制与通讯板、功能子板的相互连接提供物理接口。

所述多通道阻值测量模块的功能子板包括热敏电阻测量功能子板和加热电阻测量功能子板，所述热敏电阻测量功能子板上包括n个测量端子，所述加热电阻测量功能子板上包括n个测量端子。

所述多通道阻值测量模块的功能子板包括高值电阻测量电路，所述高值电阻测量电路为四线式电阻测量电路，包括14位快速模数转换芯片，若干个与高值电阻量程相适配的标准电阻通过第一多路选通器连接到测量电路的电流正端HI，测量电路的电流正端HI依次通过第一多路选通器、第一电压跟随器和第二多路选通器连接模数转换芯片，测量电路的电压正端V+和电压负端V-依次通过运放电路、第二电压跟随器、第二多路选通器连接模数转换芯片，测量电路的电流负端LO接地GND，标准电阻和模数转换芯片分别连接基准电压源。

所述多通道阻值测量模块的功能子板包括低值电阻测量电路，所述低值电阻测量电路为四线式电阻测量电路，包括24位ΔΣ型差分模数转换芯片，若干个与低值电阻量程相适配的标准电阻通过多路选通器连接到测量电路的电流正端HI，测量电路的电压正端V+和电压负端V-分别通过运放电路连接模数转换芯片的输入端，模数转换芯片的参考端分别通过运放电路连接到标准电阻的两端，测量电路的电流负端LO接地GND，标准电阻与基准电压源连接。

所述低值电阻测量电路和高值电阻测量电路均包括开关矩阵电路，所述开关矩阵电路包括四组开关，分别为A组开关、B组开关、C组开关、D组开关，A组开关中的每个开关连接测量电路的电流正端HI，D组开关中的每个开关连接测量电路的电流负端LO、B组开关中的每个开关连接测量电路的电压正端V+、C组开关中的每个开关连接测量电路的电压负端V-的开关；每组开关中包括分别连接n个测量端子的n个开关，所述测量端子分别为端子1、端子2、…….、端子n，端子1分别连接A组开关中的开关A₁、B组开关中的开关B₁、C组开关中的开关C₁、D组开关中的开关D₁，……，端子n分别连接A组开关中的开关A_n、B组开关中的开关B_n、C组开关中的开关C_n、D组开关中的开关D_n。

所述多通道热敏电阻模拟模块的功能子板包括4块结构相同的功能子板，每块功能子板包括通过数控电阻阵列电路实现的N路模拟电阻输出；所述模拟电阻输出包括精密电阻模式输出和串并电阻模式输出两种工作模式；所述精密电阻模式输出，用于代替热敏电阻接入控温仪测温回路，通过改变精密电阻模式输出的阻值，模拟热敏电阻阻值的变化，测试控温仪的控温阈值；所述串并电阻模式输出用于与实际的热敏电阻串/并联后接入控温仪测温回路，通过改变串联电阻和并联电阻的大小，模拟由于温度变化带来的热敏电阻阻值的变化，检查控温仪整机系统连接是否正常，功能是否正确。

所述数控电阻阵列电路包括串联连接的三个数控电阻，其中一个电阻实现精密电阻模式输出的粗调，另一个电阻实现精密电阻模式输出的精调，第三个电阻用于和实际的热敏电阻并联，实现串并电阻模式输出下并联电阻的调整。

所述数控电阻阵列电路包括阻值校准单元，用于对数控电阻阵列电路中每一个数控电阻标示电阻值的实际电阻值进行校准，并将标示电阻值与实际电阻值的对应关系制成数据表保存在阻值校准单元中，在数控电阻阵列电路输出时，首先读取相应通道的标示电阻值，进行查表后输出对应的实际电阻值。

所述加热回路电流测量模块的功能子板包括6块结构相同的功能子板，每块功能子板包括N路小电流测量通道和N路大电流测量通道；所述小电流测量通道的电流测量范围为0A~0.72A，所述大电流测量通道的电流测量范围为0A~3A。

所述加热回路电流测量模块的功能子板包括霍尔器件，所述霍尔器件的电流输入端串入加热回路，霍尔器件的电压输出端接多路选通器，多路选通器连接信号调理电路；被测电流流经霍尔器件，通过模拟开关切换采集N个不同通道的电压信号经信号调理电路调理后输出。

所述加热回路电压测量模块的功能子板包括6块结构相同的功能子板，每块功能子板包括N路电压测量通道；所述电压测量通道的电压测量范围为0V~42V；所述加热回路电压测量模块的功能子板包括电阻分压电路，所述电阻分压电路包括第一分压电阻和第二分压电阻，所述第一分压电阻的阻值大于10MΩ，第二分压电阻的阻值为第一分压电阻的阻值1/20；所述第一分压电阻和第二分压电阻串联后接入加热回路；所述第二分压电阻的输出端连接多路选通器，多路选通器连接隔离放大器；被测信号经过第二分压电阻分压后通过模拟开关切换到N个不同通道后经隔离放大器输出。

所述多通道阻值测量模块、多通道热敏电阻模拟模块、多通道加热回路电压测量模块和多通道加热回路电流测量模块通用的电源板，其输入端连接变压器的次级，经整流电路和滤波电路后输出两组±5V和一路+5V；两组±5V不共地，为各模块中的模拟电路供电；一路+5V为数字电路供电；所述变压器的初级和次级之间、模拟电源抽头和数字电源抽头之间均具有一层屏蔽层。

所述多通道阻值测量模块、多通道热敏电阻模拟模块、多通道加热回路电压测量模块和多通道加热回路电流测量模块通用的控制与通讯板，包括主控芯片，所述主控芯片通过网络模块与控制计算机进行通讯；控制与通讯板的输入端通过依次连接钳位二极管、多路选通器、信号调理电路、数据采集芯片以及光耦隔离电路连接主控芯片。

本实用新型的技术效果：

本实用新型提供的一种多通道热控系统测试设备，包括多通道阻值测量模块、多通道热敏电阻模拟模块、多通道加热回路电压测量模块和多通道加热回路电流测量模块四个测量模块，各模块在控制计算机的统一控制下协调工作，实现各部分的功能，满足对多通道热控系统各节点电流、电压、电阻等电性能参数的测试要求，并行测量路数能够多达上百条，测试效率大大提高，并且检测精度高，可靠性好。

阻值测量模块的主要功能是测量电阻值，包括两个具有N路测量端子的测量模块，其中一个模块用来测量加热回路电阻，另一个模块用来测量测温回路电阻。在热控系统不加电的情况下，使用阻值测量模块分析热敏电阻网络、加热片网络的连接与预定的控温仪设计是否一致，检查热敏电阻、加热电阻、输入输出接口的节点连接关系是否正确，并检查其与地线的隔离。

热敏电阻模拟模块的功能是输出模拟的热敏电阻信号，用于对热控系统的测温功能和测温精度进行测试，包括4块结构相同的功能子板，通过数控电阻阵列电路实现N路电阻值的输出，输出范围大，可测量点多。分两种工作模式，其中一种是精密电阻模式输出：将热敏电阻模拟模块接入控温仪测温回路，通过改变精密电阻模式输出的阻值，检查测温回路的功能和精度；另一种是串并电阻模式输出：将实际的热敏电阻输出到串并电阻模块，改变串联电阻和并联电阻的大小，这样不用改变温度即可改变热敏电阻的输出阻值，可以检查控温仪整机系统连接是否正常，功能是否正确。

加热回路电压测量模块和加热回路电流测量模块的功能是测量加热回路输出的加热电压和加热电流。电压测量模块包括N路测量通道，能够选择N路电压通道中的任意通道进行电压测量，实现任意通道电压测量的监测和测试状态的选择；电流测量模块包括N路小电流测量通道和N路大电流测量通道，能够选择N路小电流和N路大电流中的任意通道进行电流测量，实现任意通道电流测量的监测和测试状态的选择。

同时，四个模块充分采用了通用化的设计思想，各模块均使用一致的子母板结构，且所使用的控制与通讯板、电源板、变压器等都采用了相同的设计，这样简化了设备的复杂度，提高了设备的可靠性和可维护性。

附图说明

图1是本实用新型多通道热控系统测试设备组成示意图。

图2是本实用新型各测量模块的整体结构示意图。

图3是多通道阻值测量模块的高值电阻测量电路实施例示意图。

图4是多通道阻值测量模块的低值电阻测量电路实施例示意图。

图5是多通道阻值测量模块的开关矩阵电路实施例示意图。

图6是多通道热敏电阻模拟模块的数控电阻阵列电路实施例示意图。

图7是多通道加热回路电流测量模块的功能子板结构示意图。

图8是多通道加热回路电流测量模块的某一测量通道的电路实施例图。

图9是多通道加热回路电压测量模块的整体结构示意图。

图10是多通道加热回路电压测量模块的功能子板电路图。

图11是变压器电路原理图。

图12是电源板电路原理图。

图13是本实用新型通讯与控制板的电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细说明。

如图1所示，是本实用新型多通道热控系统测试设备组成示意图。包括多通道阻值测量模块、多通道热敏电阻模拟模块、多通道加热回路电流测量模块、多通道加热回路电压测量模块。（1）多通道阻值测量模块：用于测量热敏电阻和加热电阻的静态阻值、检查输入输出接口的节点连接关系是否正确，并检查电阻与地线的隔离情况；（2）多通道热敏电阻模拟模块：用于代替热敏电阻或与热敏电阻串/并联后接入控温仪测温回路，对控温仪测温回路的测温功能和测温精度进行测试；（3）多通道加热回路电流测量模块：用于通过非接触的方式测量加热回路的电流，检查加热电流输出节点连接是否正确，电流是否正常；（4）多通道加热回路电压测量模块：用于测量加热回路输出的加热电压，指示加热回路加热状态，检查电压输出节点连接是否正确，电压是否正常。以上各模块均通过交换机与控制计算机相连，在控制计算机的统一控制下协调工作；所述多通道是指以上各模块的并行测量通道均在百条以上。

如图2所示，是本实用新型各测量模块的整体结构示意图。包括电源板、控制与通讯板、母板以及各测量模块的功能子板；本实用新型的四个测量模块充分采用了通用化的设计思想，各模块均使用一致的子母板结构，电源板、控制与通讯板都采用了相同的设计。如图2所示，在每个模块中，电源板通过母板分别与控制与通讯板和功能子板连接，控制与通讯板和功能子板通过母板相互连接，控制与通讯板连接控制计算机；电源板将交流电变换成所需的直流电为控制与通讯板和功能子板供电，控制与通讯板接收和执行控制计算机发出的指令，并把指令的执行结果返回给控制计算机，母板为电源板、控制与通讯板、功能子板的相互连接提供物理接口；功能子板1、功能子板2表示各测量模块的功能子板，根据测量需要，分为若干块功能子板，具体的，阻值测量模块包括2块功能子板，热敏电阻模拟模块包括4块功能子板，加热回路电压测量模块和加热回路电流测量模块各分别包括6块功能子板。

阻值测量模块的功能子板1和功能子板2分别为热敏电阻测量功能子板和加热电阻测量功能子板，热敏电阻测量功能子板上包括N个测量端子，加热电阻测量功能子板上包括N个测量端子；热敏电阻测量功能子板用来测量测温回路电阻，加热电阻测量功能子板用来测量加热回路电阻。阻值测量模块功能子板的内部测量电路采用四线法测量电阻，以消除仪器内部线路电阻对测量结果的影响。本实施例的电路中设计了两套测量电路，其中以24位ΔΣ型差分模数转换芯片LT2400为核心的测量电路用来测量低值电阻，以14位快速模数转换芯片AD7894-2为核心的测量电路用来测量阻值较高的电阻。测量电路原理如图3和图4所示。

如图3所示，在阻值测量模块中，阻值在4kΩ~100MΩ的电阻采用图3所示的高阻值电阻测量电路。4个与高值电阻量程相适配的阻值为10kΩ、100kΩ、1MΩ、10MΩ的标准电阻通过多路选通器1连接到测量电路的电流正端HI，测量电路的电流正端HI依次通过多路选通器1、电压跟随器1和多路选通器2连接模数转换芯片AD7894-2，测量电路的电压正端V+和电压负端V-依次通过运放电路、电压跟随器2、多路选通器2连接模数转换芯片AD7894-2，测量电路的电流负端LO接地GND；标准电阻和模数转换芯片分别与2.5V基准电压源连接。测量时，多路选通器1先闭合，选择一只标准电阻与被测电阻连接，通过多路选通器2的选择首先得到标准电阻器的AD读数，然后多路选通器2切换到与运放电路连接的被测信号，得到被测电阻的AD读数，最后通过公式（1）计算得到被测电阻的阻值：

$R_x=\frac{R*R_{\mathrm{data}2}}{16384-R_{\mathrm{data}1}}---\left(1\right)$

其中，R_x——被测电阻阻值；

R——标准电阻阻值；

R_data1——AD7894的第一次读数（16384-R_data1为标准电阻的AD读数）；

R_data2——AD7894的第二次读数（即被测电阻的AD读数）；

16384——AD7894的满度值。

被测电阻在4kΩ~40kΩ时，多路选通器选择10kΩ的标准电阻；

被测电阻在40kΩ~400kΩ时，多路选通器选择100kΩ的标准电阻；

被测电阻在400kΩ~4MΩ时，多路选通器选择1MΩ的标准电阻；

被测电阻在4MΩ~100MΩ时，多路选通器选择10MΩ的标准电阻。

如图4所示，在阻值测量模块中，被测电阻阻值在0Ω~4kΩ时，采用如图4所示的低阻值电阻测量电路。多路选通器1分别连接两个与低值电阻量程相适配的标准电阻，其中一个阻值为1kΩ，另一个为10kΩ，标准电阻的两端分别通过运放电路与模数转换芯片LT2400的参考端连接，多路选通器1与测量电路的电流正端HI连接，测量电路的电压正端V+和电压负端V-分别通过运放电路连接模数转换芯片LT2400的输入端，测量电路的电流负端LO接地GND，2.5kΩ的标准电阻与2.5V基准电压源连接。在低阻值测量电路中，AD 芯片LT2400的参考端直接接到标准电阻两端，输入端直接接到被测电阻两端，得到AD读数后，代入公式（2）计算得出被测电阻的阻值：

$R_x=\frac{R*R_{\mathrm{data}}}{16777216}---\left(2\right)$

其中，R_x——被测电阻阻值；

R——标准电阻阻值；

R_data1——LT2400的读数；

16777216——LT2400的满度值。

被测电阻在0Ω~400Ω时，选择1kΩ的标准电阻；

被测电阻在400Ω~4kΩ时，选择10kΩ的标准电阻。

不同的热控系统电阻端口可能不一致，例如在某型号中端口1和端口32为一只电阻的两个端口，在其它型号中可能就变成端口1和端口33为一只电阻的两个端口，也有可能是端口1和端口2为一只电阻的两个端口，因此在设计电阻测试模块时就需要一个比较复杂的开关矩阵电路来适应各种端口配置的被测设备；同时，为了减小电路板导线电阻对测量结果的影响，测量电路应该设计为四线测量电路。开关矩阵电路原理如图5所示。开关矩阵电路包括四组开关，分别为A组开关、B组开关、C组开关、D组开关，A组开关中的每个开关连接测量电路的电流正端HI，D组开关中的每个开关连接测量电路的电流负端LO、B组开关中的每个开关连接测量电路的电压正端V+、C组开关中的每个开关连接测量电路的电压负端V-的开关；每组开关中包括分别连接n个测量端子的n个开关，本实施例中，阻值测量模块的两个功能子板各包含74个测量端子，分别为端子1、端子2、…….、端子74，每个测量端子都要和每组开关中的一个开关连接，连接74个测量端子的开关构成开关矩阵电路，端子1分别连接A组开关中的开关A₁、B组开关中的开关B₁、C组开关中的开关C₁、D组开关中的开关D₁，端子2分别连接A组开关中的开关A₂、B组开关中的开关B₂、C组开关中的开关C₂、D组开关中的开关D₂，……，端子74分别连接A组开关中的开关A₇₄、B组开关中的开关B₇₄、C组开关中的开关C₇₄、D组开关中的开关D₇₄。例如测量端子1和端子2之间的电阻Rx时，开关A1和D2闭合，则Rx沿电流正端HI、电流负端LO接入测量回路，同时，开关B1和C2闭合，电压信号沿电压正端V+、电压负端V-进入测量电路。由开关矩阵电路原理图可知，测量信号直接从74针连接器的端口上读取，因此测量结果不包括开关电阻和电路板导线电阻。

多通道热敏电阻模拟模块的功能是输出模拟的热敏电阻信号，用于对热控系统的测温功能和测温精度进行测试，多通道热敏电阻模拟模块的功能子板包括4块结构相同的功能子板，每块功能子板包括通过数控电阻阵列电路实现的N路模拟电阻输出，输出范围大，可测量点多。N路的模拟电阻输出包括精密电阻模式输出和串并电阻模式输出两种模式。其中，精密电阻模式输出：将热敏电阻模拟模块接入控温仪测温回路，改变模拟热敏电阻模拟模块的输出阻值，检查测温回路的功能和精度；串并电阻模式输出：将实际的热敏电阻输出到串并电阻模块，改变串联电阻和并联电阻的大小，这样不用改变温度即可改变热敏电阻的输出阻值，可以检查控温仪整机系统连接是否正常，功能是否正确。

如图6所示，是数控电阻阵列电路的实施例示意图。本实用新型实施例的数控电阻阵列电路包括串联连接的三个数控电阻，其中一个电阻实现精密电阻模式输出的粗调，一个电阻实现精密电阻模式输出的精调，另外一个电阻用于和实际的热敏电阻并联，实现串并电阻模式输出下并联电阻的调整。如图6所示，数控电阻阵列由250kΩ数控电阻AD5235br250、1kΩ数控电阻AD8403ar1和100kΩ数控电阻AD8403arz100共同构成，其中AD5235实现精密电阻模式输出的粗调，AD8403a11实现精密电阻模式输出的精调，AD8403ar100实现串并电阻模式输出下并联电阻的调整。

AD5235br250标称为250kΩ，1024抽头分辨率，温度系数35*10^-6/℃，AD8403zr1标称为1kΩ，256抽头分辨率，温度系数500*10^-6/℃。粗调数控电阻AD5235br250每个LSB为：

250kΩ/1023≈244Ω

精调数控电阻AD8403ar1的每个LSB为：

1kΩ/255≈4Ω

这二者组合输出能够实现的理论上的步进为4Ω。但实际上，数控电阻有较大的误差，如AD8403ar1的阻值输出的差分误差最大为±1LSB，这样可以实现的最小步进值为8Ω。精密电阻输出模式的输出范围主要由AD5235br250决定，其标称的最大阻值为250kΩ，标称值的最大误差为±30%，这样能实现的最小的输出范围为：

250kΩ×70%≈175kΩ

串并电阻模式下的并联电阻采用AD8403ar100，其标称的最大阻值为100kΩ，256抽头分辨率。串并电阻模式下能够输出的最小阻值由数控电阻阵列的零点阻值决定。即在外部热敏电阻输入端开路的状态下，输出电阻的最小值为：

R_5235min+R_84031min+R_84032min≈40Ω+40Ω+60Ω=140Ω

串并电阻模式下能够输出的最大电阻值主要由AD5235和AD8403ar100的阻值来决定，即在外部热敏电阻输入端短路的状态下，输出电阻的最大值为：

R_5235max+R_84031max≈175kΩ+1kΩ=176kΩ

由于数控电阻有一定的误差，为了实现精确地输出模拟的热敏电阻值，本实施例的数控电阻阵列电路包括阻值校准单元，用于对每一路数控电阻标示电阻值的实际电阻值进行校准，并将标示电阻值与实际电阻值的对应关系制成数据表存在阻值校准单元当中，在数控电阻阵列电路输出时，首先读取相应通道的标示电阻值，进行查表后输出对应的实际电阻值。

加热回路电流测量模块是通过在加热回路串入霍尔器件来测量加热回路电流，从功能上分，主要包括数据采集部分、数据传输处理与通道控制部分和供电部分。电源板为供电部分，控制与通讯板为数据传输处理与通道控制部分，电流测量功能子板为数据采集部分，主要是通过霍尔器件实现电流的采集并转换成数字信号。母板为电源板、控制与通讯板和电流测量功能子板提供物理接口。加热回路电流测量模块的功能子板包括6块结构相同的功能子板，每块功能子板包括N路小电流测量通道和N路大电流测量通道，小电流测量通道的电流测量范围为0A~0.72A，大电流测量通道的电流测量范围为0A~3A。

如图7所示，为加热回路电流测量模块的功能子板结构示意图。包括霍尔器件，霍尔器件的电流输入端串入加热回路，霍尔器件的电压输出端接多路选通器，多路选通器连接信号调理电路；被测电流通过霍尔器件感应得到电压信号，每块功能子板的N个测量通道通过模拟多路选通器切换来选择不同测量通道的电压信号经信号调理电路调理后输出，其中某一测量通道的测量电路实施例图如图8所示。

如图8所示，被测电流通过外部接口流经霍尔器件，本实施例中，测量大电流选用霍尔器件HX03-P，测量小电流选用霍尔器件LA25-NP/SP34。霍尔器件通过流经的电流感应出小电压（或小电流），根据HX03-P和LA25-NP/SP34使用手册为使器件达到使用的最佳效果，在该器件输出端分别外接10kΩ和124Ω的电阻，由于在采样部分采用的电路只能采集-2.5V~2.5V的电压信号，在此将外接电阻一分为二作了一次分压。分压得到的电压经过多路选通器CD4076、CD4051选择输出，采用这一方式的原因在于每块功能子板需要选择的回路数为N个，而一片CD4076只能选择16个通道，所以需要2片，最终一次选择只需一个通道输出，从而又增加了一级CD4051的选择。为了消除多路选通器导通电阻对输出电压的影响，增加一级OP07的跟随器；经过跟随器的电压在通过6个并联的0Ω电阻与母板直接相连，采用6个0Ω电阻并联的方式是为了将6块不同通道的电路模拟子板进行统一设计，通过焊接不同位置的0Ω电阻来得到不同通道的电路子板。

加热回路电压测量模块的功能是测量加热回路输出的加热电压，在设备未部署加热器时，加热回路电压测量模块应能测量控温仪的供电输出电压，从而验证控温仪的加热功能。

如图9所示，是加热回路电压测量模块的整体结构示意图，除包括电源板、控制与通讯板、母板和电压测量模块的功能子板外，还包括一块与母板连接的电压状态指示板，用于指示当前测量的电压值是否正常；电压测量模块的功能子板包括6块结构相同的功能子板，每块功能子板包括N路电压测量通道，电压测量通道的电压测量范围为0V~42V。

如图10所示，是加热回路电压测量模块功能子板的电路结构示意图。包括电阻分压电路，电阻分压电路包括分压电阻1和分压电阻2，分压电阻1的阻值大于10MΩ，分压电阻2的阻值为分压电阻1的阻值1/20；分压电阻1和分压电阻2串联后接入加热回路，分压电阻2的输出端连接多路选通器，多路选通器连接隔离放大器；被测信号经过分压电阻2分压后通过模拟开关切换到N个不同通道后经隔离放大器输出。实施例中，选择分压电阻1的阻值为10MΩ，分压电阻2的阻值为510kΩ，两个电阻阻值加起来超过10MΩ，满足了对设备输入阻抗的要求，通过测量510kΩ电阻上的电压来最终获取加热回路电压信号值。另外，实施例中，包括了两个均与地线连接的对称的电阻分压电路，测量时不必考虑正负极是否接反的问题。被测电压信号首先经过10MΩ和510kΩ电阻组成的分压电路，由多路选通器切换不同的测量通道，将所得电压经过隔离放大器后输出，同时电压状态指示板上的LED灯显示每一路加热电压的状态。采用隔离放大器ADK202KN的目的是将被测设备电平与测量电路电平进行隔离，起到保护被测设备的作用。

本实用新型多通道热控系统测试设备的各模块均采用线性电源供电，由变压器和电源板组成，各模块所用电源板和变压器都采用了相同的设计，为通用模块。如图11所示，为变压器的电路原理图。变压器与普通变压器相比，在初级、次级、模拟电源抽头、数字电源抽头都增加了一层屏蔽，这样一方面可以减小变压器对设备内部电路的干扰，还可以降低数字电源对模拟电源的干扰。如图12所示，为电源板的电路原理图。电源板输入端接变压器次级，经整流、滤波后输出两组±5V和一路+5V；两组±5V不共地，供给各模块的模拟电路使用；一路+5V为数字电路供电。加热回路电压测量模块中需要+15V供电电压，在电装时将一组±5V电源电路换成+15V的元件并将变压器19V-0-19V抽头接到对应的输入端即可。此外为防止电源模块过压对后级电路板的损害，电源板中为每一路输出加了过压保护电路。

本实用新型多通道热控系统测试设备各模块的控制与通讯板也为通用模块。如图13所示，为通讯与控制板的电路原理图。包括主控芯片，主控芯片通过网络模块与控制计算机连接；控制与通讯板的输入端通过依次连接钳位二极管D1和D2、多路选通器CD4051、信号调理电路PGA204、数据采集芯片AD4897以及光耦隔离电路连接主控芯片。母板接口采用64的双排插座，主要用来传输电源信号，及通讯与控制板与各功能子板之间的信号线。从功能子板过来的被测信号经过钳位二极管D1、D2的处理，将被测信号电平控制在-5V~+5V的范围内，再通过一级6选1的多路选通器CD4051后送入到PGA204进行信号调理，将信号调整在数据采集芯片AD7894的最佳工作电压范围。为了减少数字电路对模拟信号的干扰，在此采用了光耦进行隔离，多路选通器控制信号和增益控制信号采用TLP521-4进行信号隔离，AD7894控制和传输信号采用HCPL2601快速光耦进行隔离。主控芯片采用的是AVR单片机ATmega128-16AI，该单片机通过网络模块wiz812mj与上位机进行通讯，单片机与网络模块之间的通讯是通过数据总线操作的方式，该网络模块占用单片机数据空间的高32k字节。为了增大存储空间，在单片机周围还扩展了32k的SRAM（CY62256-70ZRC）占用单片机数据空间的低地址空间，8MFLASH（AT45DF642-28）通过单片机的SPI接口进行通讯。该数字控制板最大可提供26个普通IO口，设计了数字+5V电源接口，模拟±5V电源接口，模拟±15V电源接口，提供数字地，两种模拟地接口，预留了485通讯接口，6个外界信号输入接口；该数字控制板是本设备各模块通用的电路板，各部分根据不用的需求焊接元器件。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本实用新型创造，但不以任何方式限制本实用新型创造。因此，尽管本说明书和实施例对本实用新型创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型创造进行修改或者等同替换；而一切不脱离本实用新型的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本实用新型创造专利的保护范围当中。

Claims (16)

1.一种多通道热控系统测试设备，其特征在于，包括

（1）多通道阻值测量模块：用于测量热敏电阻和加热电阻的静态阻值，检查输入输出接口的节点连接关系是否正确，并检查电阻与地线的隔离情况；

（2）多通道热敏电阻模拟模块：用于代替热敏电阻或与热敏电阻串/并联后接入控温仪测温回路，对控温仪测温回路的测温功能和测温精度进行测试；

（3）多通道加热回路电流测量模块：用于通过非接触的方式测量加热回路的电流，检查加热电流输出节点连接是否正确，电流是否正常；

（4）多通道加热回路电压测量模块：用于测量加热回路输出的加热电压，指示加热回路加热状态，检查电压输出节点连接是否正确，电压是否正常；

以上各模块均通过交换机与控制计算机相连，在控制计算机的统一控制下协调工作。

2.根据权利要求1所述的多通道热控系统测试设备，其特征在于，所述多通道是指所述以上各模块的并行测量通道均在百条以上。

3.根据权利要求2所述的多通道热控系统测试设备，其特征在于，所述多通道阻值测量模块、多通道热敏电阻模拟模块、多通道加热回路电流测量模块和多通道加热回路电压测量模块均包括通用的母板、电源板、控制与通讯板以及各模块专用的功能子板；在每个模块中，所述电源板通过母板分别与控制与通讯板和功能子板连接，控制与通讯板和功能子板通过母板相互连接，控制与通讯板连接控制计算机；所述电源板将交流电变换成所需的直流电为控制与通讯板和功能子板供电，所述控制与通讯板接收和执行控制计算机发出的指令，并把指令的执行结果返回给控制计算机，所述母板为电源板、控制与通讯板、功能子板的相互连接提供物理接口。

4.根据权利要求3所述的多通道热控系统测试设备，其特征在于，所述多通道阻值测量模块的功能子板包括热敏电阻测量功能子板和加热电阻测量功能子板，所述热敏电阻测量功能子板上包括n个测量端子，所述加热电阻测量功能子板上包括n个测量端子。

5.根据权利要求4所述的多通道热控系统测试设备，其特征在于，所述多通道阻值测量模块的功能子板包括高值电阻测量电路，所述高值电阻测量电路为四线式电阻测量电路，包括14位快速模数转换芯片，若干个与高值电阻量程相适配的标准电阻通过第一多路选通器连接到测量电路的电流正端HI，测量电路的电流正端HI依次通过第一多路选通器、第一电压跟随器和第二多路选通器连接模数转换芯片，测量电路的电压正端V+和电压负端V-依次通过运放电路、第二电压跟随器、第二多路选通器连接模数转换芯片，测量电路的电流负端LO接地GND，标准电阻和模数转换芯片分别连接基准电压源。 

6.根据权利要求4所述的多通道热控系统测试设备，其特征在于，所述多通道阻值测量模块的功能子板包括低值电阻测量电路，所述低值电阻测量电路为四线式电阻测量电路，包括24位ΔΣ型差分模数转换芯片，若干个与低值电阻量程相适配的标准电阻通过多路选通器连接到测量电路的电流正端HI，测量电路的电压正端V+和电压负端V-分别通过运放电路连接模数转换芯片的输入端，模数转换芯片的参考端分别通过运放电路连接到标准电阻的两端，测量电路的电流负端LO接地GND，标准电阻与基准电压源连接。

7.根据权利要求5所述的多通道热控系统测试设备，其特征在于，所述高值电阻测量电路包括开关矩阵电路，所述开关矩阵电路包括四组开关，分别为A组开关、B组开关、C组开关、D组开关，A组开关中的每个开关连接测量电路的电流正端HI，D组开关中的每个开关连接测量电路的电流负端LO、B组开关中的每个开关连接测量电路的电压正端V+、C组开关中的每个开关连接测量电路的电压负端V-的开关；每组开关中包括分别连接n个测量端子的n个开关，所述测量端子分别为端子1、端子2、…….、端子n，端子1分别连接A组开关中的开关A₁、B组开关中的开关B₁、C组开关中的开关C₁、D组开关中的开关D₁，……，端子n分别连接A组开关中的开关A_n、B组开关中的开关B_n、C组开关中的开关C_n、D组开关中的开关D_n。

8.根据权利要求6所述的多通道热控系统测试设备，其特征在于，所述低值电阻测量电路包括开关矩阵电路，所述开关矩阵电路包括四组开关，分别为A组开关、B组开关、C组开关、D组开关，A组开关中的每个开关连接测量电路的电流正端HI，D组开关中的每个开关连接测量电路的电流负端LO、B组开关中的每个开关连接测量电路的电压正端V+、C组开关中的每个开关连接测量电路的电压负端V-的开关；每组开关中包括分别连接n个测量端子的n个开关，所述测量端子分别为端子1、端子2、…….、端子n，端子1分别连接A组开关中的开关A₁、B组开关中的开关B₁、C组开关中的开关C₁、D组开关中的开关D₁，……，端子n分别连接A组开关中的开关A_n、B组开关中的开关B_n、C组开关中的开关C_n、D组开关中的开关D_n。

9.根据权利要求3所述的多通道热控系统测试设备，其特征在于，所述多通道热敏电阻模拟模块的功能子板包括4块结构相同的功能子板，每块功能子板包括通过数控电阻阵列电路实现的N路模拟电阻输出；所述模拟电阻输出包括精密电阻模式输出和串并电阻模式输出两种工作模式；所述精密电阻模式输出，用于代替热敏电阻接入控温仪测温回路，通过改变精密电阻模式输出的阻值，模拟热敏电阻阻值的变化，测试控温仪的控温阈值；所述串并电阻模式输出用于与实际的热敏电阻串/并联后接入控温仪测温回路，通过改变串联电阻和并联电阻的大小，模拟由于温度变化带来的热敏电阻阻值的变化，检查控温仪整机系统连接是否 正常，功能是否正确。

10.根据权利要求9所述的多通道热控系统测试设备，其特征在于，所述数控电阻阵列电路包括串联连接的三个数控电阻，其中一个电阻实现精密电阻模式输出的粗调，另一个电阻实现精密电阻模式输出的精调，第三个电阻用于和实际的热敏电阻并联，实现串并电阻模式输出下并联电阻的调整。

11.根据权利要求10所述的多通道热控系统测试设备，其特征在于，所述数控电阻阵列电路包括阻值校准单元，用于对数控电阻阵列电路中每一个数控电阻标示电阻值的实际电阻值进行校准，并将标示电阻值与实际电阻值的对应关系制成数据表保存在阻值校准单元中，在数控电阻阵列电路输出时，首先读取相应通道的标示电阻值，进行查表后输出对应的实际电阻值。

12.根据权利要求3所述的多通道热控系统测试设备，其特征在于，所述加热回路电流测量模块的功能子板包括6块结构相同的功能子板，每块功能子板包括N路小电流测量通道和N路大电流测量通道；所述小电流测量通道的电流测量范围为0A~0.72A，所述大电流测量通道的电流测量范围为0A~3A。

13.根据权利要求12所述的多通道热控系统测试设备，其特征在于，所述加热回路电流测量模块的功能子板包括霍尔器件，所述霍尔器件的电流输入端串入加热回路，霍尔器件的电压输出端接多路选通器，多路选通器连接信号调理电路；被测电流流经霍尔器件，通过模拟开关切换采集N个不同通道的电压信号经信号调理电路调理后输出。

14.根据权利要求3所述的多通道热控系统测试设备，其特征在于，所述加热回路电压测量模块的功能子板包括6块结构相同的功能子板，每块功能子板包括N路电压测量通道；所述电压测量通道的电压测量范围为0V~42V；所述加热回路电压测量模块的功能子板包括电阻分压电路，所述电阻分压电路包括第一分压电阻和第二分压电阻，所述第一分压电阻的阻值大于10MΩ，第二分压电阻的阻值为第一分压电阻的阻值1/20；所述第一分压电阻和第二分压电阻串联后接入加热回路；所述第二分压电阻的输出端连接多路选通器，多路选通器连接隔离放大器；被测信号经过第二分压电阻分压后通过模拟开关切换到N个不同通道后经隔离放大器输出。

15.根据权利要求3所述的多通道热控系统测试设备，其特征在于，所述多通道阻值测量模块、多通道热敏电阻模拟模块、多通道加热回路电压测量模块和多通道加热回路电流测量模块通用的电源板，其输入端连接变压器的次级，经整流电路和滤波电路后输出两组±5V和一路+5V；两组±5V不共地，为各模块中的模拟电路供电；一路+5V为数字电路供电；所述变压器的初级和次级之间、模拟电源抽头和数字电源抽头之间均具有一层屏蔽层。 

16.根据权利要求3所述的多通道热控系统测试设备，其特征在于，所述多通道阻值测量模块、多通道热敏电阻模拟模块、多通道加热回路电压测量模块和多通道加热回路电流测量模块通用的控制与通讯板，包括主控芯片，所述主控芯片通过网络模块与控制计算机进行通讯；控制与通讯板的输入端通过依次连接钳位二极管、多路选通器、信号调理电路、数据采集芯片以及光耦隔离电路连接主控芯片。 

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