CN202903359U - 用于旋转轴搅拌设备的非接触数字传输测温装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于旋转轴搅拌设备的非接触数字传输测温装置，包括：智能温度探测器，智能温度采集器，所述智能温度探测器包括微功耗单片机控制板、红外发射模块、电池和两支测温用的热电阻；所述智能温度采集器包括四支红外接收解码模块和单片机控制板。利用本系统能够精确测量被搅拌的物料的温度，保证产品品质的一致性。

Description

用于旋转轴搅拌设备的非接触数字传输测温装置

技术领域

本实用新型涉及一种测温装置，尤其涉及一种应用于旋转轴搅拌设备的测温装置。

背景技术

在食品、化工、建筑等诸多行业的生产过程中，都存在对物料的搅拌环节。一般对物料的搅拌都是在一个柱形容器内使用旋转轴带动搅拌叶来完成的。搅拌过程中，对被搅拌的物料的温度进行监测和控制也是这些行业内比较普遍的需求。

当前对上述环境中的物料进行测温存在三种主要形式：其一是将温度传感器固定于柱形容器的外壁上，传感器探入容器内一定的长度，这种方式实施起来最为简单方便，但是一般容器是需要加热的，安装于容器壁上的传感器易受金属容器体的温度的影响，金属的热传导较快，它会先于液体热而后于液体凉，导致工艺控制不准确；其二是将旋转轴的中心打孔，安装温度传感器在旋转轴上，然后使用机械滑环将传感器的导线连接到外部测温设备，其缺点在高温高湿的环境下滑环的连接可靠性低，接触电阻突变造成测温不稳定，并且滑环的结构复杂，成本高昂，制作滑环时使用的良导性贵金属的提炼过程也容易对环境造成污染；其三是采用电池供电的无线测温模块，将温度信息使用无线电波传送到测温设备的无线接收模块上，这种方式的好处是安装灵活，成本较低，存在的主要问题是无线电波容易受到其他设备的干扰，并且现场如果存在多台这类设备的话，也会有设备间的无线频率的互相干扰问题，无线模块之间的通讯需要设定不同的模块地址，这也会增加设备调试和维修时的工作量。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种低成本、安装灵活方便、测温精确的应用于旋转轴搅拌设备的测温装置。

为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案如下：

一种用于旋转轴搅拌设备的非接触数字传输测温装置，包括智能温度探测器和智能温度采集器。所述智能温度探测器包括安装在密封的金属盒中的电池仓、微功耗单片机控制板和红外发射模块，所述金属盒安装在与旋转轴同轴的固定盘上，在金属盒上部留有一个装有机玻璃的开孔，所述智能温度探测器外接两个与搅拌设备中的物料接触的测温电阻，所述电池仓内的电池向所述智能温度探测器供电，所述微功耗单片机控制板根据两个测温电阻阻值的变化计算出温度值、将温度值进行编码并通过所述红外发射模块传送出去。

所述智能温度采集器包括一单片机控制板，所述单片机控制板上设置有单片机、用于显示所述两个测温电阻温度值的数码管显示模块、用来修改数码管的显示模式并对两个测温电阻的温度值进行校准的按键输入模块、用于和PLC、人机界面进行通讯的RS485接口和电源变换电路，所述单片机控制板外部连接有红外接收解码模块，所述红外接收解码模块接收红外发射模块发出的红外光信号并传送到所述单片机进行处理后，将结果显示在所述数码管显示模块上或通过RS485接口向外传输。

优选的是，所述红外接收解码模块具有4个，它们围绕所述旋转轴间隔安装在一模块固定架上，模块固定架位于所述同轴固定盘上方，所述4个红外接收解码模块的解码输出信号线并联在一起。

所述两个测温电阻安装于旋转轴外侧壁的上下两个部位，所述旋转轴是中空的，用于容纳两个测温电阻的连接导线。

所述单片机的芯片内集成了AD转换器、程序存储器、数据存储器、定时器和看门狗定时器。

本实用新型的测温装置安装灵活方便，由于该装置的温度探测器采用电池供电，所以解决了以往滑环进行供电方式下搅拌过程中出现的接触电阻突变造成测温不稳定的问题并降低了生产成本；通过采用红外发射模块和红外接收解码模块实现了信号的无线传输；通过按键输入模块能够对两个测温电阻的温度值进行校准；RS485通讯接口允许多个同类设备接入到同一个监控网络，方便集中监控搅拌设备的工作状态，实现了被搅拌物料温度的准确测量。

附图说明

图1为本实用新型非接触数字传输测温装置的安装位置图；

图2为图1的局部放大图；

图3为本实用新型非接触数字传输测温装置一个实施例的组成示意图；

图4为本实用新型非接触数字传输测温装置的智能温度探测器部分的金属盒结构示意图；

图5为本实用新型非接触数字传输测温装置的智能温度探测器部分的原理图。

具体实施方式

本本实用新型的测温装置用于测量旋转轴附近的物料的表面温度并使用红外线通信的方式将温度传送到外部测温设备。该装置包括智能温度探测器和智能温度采集器，所述智能温度探测器通过红外发射模块将温度信息传送给智能温度采集器的红外接收解码模块，红外发射模块的发射视角大于60度。所述智能温度探测器使用电池供电，和外部其他设备完全没有导线连接。所述智能温度探测器的微功耗的单片机控制板采用低功耗的单片机进行设计，并且在空闲时这种单片机进入休眠状态，整个控制板在单片机休眠时消耗的电流小于50微安。

下面结合附图对其结构进行详细说明。

如图1和图2所示，旋转轴搅拌设备的电机41的驱动轴通过一个联轴节47和旋转轴44相连接，旋转轴44上固定有搅拌叶43，对容器42内的物料进行搅拌。

本实用新型非接触数字传输测温装置包括智能温度探测器1和智能温度采集器2。其中，智能温度探测器安装在固定于旋转轴44上的同轴固定盘46上；智能温度采集器的单片机控制板安装于配电箱中，通过导线连接固定在模块固定架45上的四个红外接收解码模块21、22、23、24上。

图3为本实用新型的一个实施例。如图所示，所述智能温度探测器使用电池供电，它包括安装在金属盒中的电池仓、微功耗单片机控制板和红外发射模块。微功耗单片机控制板外接两个测温电阻——上位热电阻18和下位热电阻19，根据热电阻阻值的变化，由微功耗单片机控制板计算出这两点的温度值，然后将温度数值进行编码，通过红外发射模块传送出去。不锈钢壳的所有开口部分最后都使用密封胶进行密封，可有效防止水蒸汽的侵入，保证本装置可以使用于湿度100％的环境中。

所述金属盒安装在与旋转轴同轴的固定盘上，它随轴旋转；在金属盒上部留有一个安装有机玻璃的开孔，红外发射模块所发射的红外信号可以穿过有机玻璃传播出去。该金属盒最好采用不锈钢制成。

所述智能温度采集器由外部24V直流电源供电，智能温度采集器的主体是一块单片机控制板25。单片机控制板25上有两排数码管，可以显示上位热电阻18和下位热电阻19的温度值；单片机控制板25上还有四个按键，可以用来修改数码管的显示模式，也可以用来对上位热电阻18和下位热电阻19的温度值进行校准。单片机控制板25上还具有RS485接口，可以用来和PLC、人机界面等设备通讯，组成一个集中监控系统。智能温度采集器的单片机控制板25外部连接有四个红外接收解码模块21、22、23和24。

在任一时刻，红外发射模块发出的红外光信号至少会被一个红外接收解码模块接收(假设其它红外发射模块都被旋转轴44遮挡住)，接收的信号传送到单片机控制板25上的单片机进行处理，最后显示到两排数码管上或者通过RS485接口远传到其他设备。

下面结合图2～图6对本实用新型非接触数字传输测温装置的具体工作过程进行详细说明。

如图所示，智能温度探测器1安装在固定于旋转轴44上的同轴固定盘46上，它使用电池11供电。因为智能温度探测器1平均工作电流很小，所以一块9000毫安时的锂电池就可以保证它工作两年以上。上位热电阻18安装在旋转轴上部的侧壁上，下位热电阻19安装在旋转轴下部的侧壁上，两个热电阻和微功耗单片机控制板12之间使用导线连接，这些导线在旋转轴的中心空腔内穿过；上位热电阻18经过信号调理模块A的处理，转变成AD转换器可接受的电压信号，同理下位热电阻19经过信号调理模块B的处理，也转变成AD转换器可接受的电压信号；微功耗单片机控制板12上的微功耗单片机芯片内集成了AD转换器、程序存储器、数据存储器、定时器和看门狗定时器等部件，其中的AD转换器可以将两路调理后的电压转换成数字量，再按照热电阻参数和信号调理模块的放大倍率换算出代表的温度值；使用定时器可以形成38KHz的载频，将温度值进行调制后可以直接驱动红外发射模块13发射红外信号；红外发射模块13透过金属盒上部有机玻璃的开孔可以将红外信号发送出去。

所述智能温度探测器1的微功耗单片机利用看门狗定时器每隔2秒钟就将此单片机从休眠状态唤醒，顺序采集上位热电阻18和下位热电阻19的温度数据，然后利用定时器驱动红外发射模块13进行载波调制发射；发射完成后智能温度探测器1的微功耗单片机就进入休眠状态，仅需要小于50微安的维持电流。

所述智能温度采集器2的四个红外接收解码模块21、22、23、24安装于模块固定架45上，成十字形排列。这些红外接收解码模块位于智能温度探测器绕轴旋转形成的圆周的上方的0度，90度，180度，270度位置，不管智能温度探测器绕轴旋转到任意角度的位置，都至少有一个以上的红外接收解码模块可以接收到智能温度探测器发出的红外信号。红外接收解码模块的解码输出信号线并联在一起，实现与逻辑，也即任意一个或多个红外解码模块接收到红外发射模块发送的信号后，都可以在解码输出信号线上将正确的编码输出。

旋转的智能温度探测器1的红外发射模块会从下方顺序循环对正这四个红外接收解码模块中的一个，因为红外发射模块存在一个近60度的发射视角，所以任一时刻都会在其视角内存在至少一个未被旋转轴遮挡的红外接收解码模块。四个红外接收解码模块21、22、23、24的5V电源线、地线和信号线均分别并联在一起，因为红外接收解码模块的输出是OC门的电路形式，所以即使同时有多个红外接收解码模块接收到红外信号，其解码输出的多个信号会实现与逻辑，这样就不会发生红外解码错误。红外解码后的信号直接输入单片机30，再进行温度数值的解码，温度数值被显示在数码管显示模块26，同时保存在单片机30的内部数据存储器中，外部设备可以通过RS485接口28查询到这些温度数值。

所述智能温度采集器2的电源变换电路29将外部输入的24V直流电压变换成5V直流电压，供给智能温度采集器2上的其他电路模块使用。

所述智能温度采集器2的按键输入模块27接收操作员的按键输入，由单片机30根据程序设定，做出相应的反应：包括改变数码管显示模块26的显示模式和修改两路热电阻温度值的校准。

Claims (5)

1.一种用于旋转轴搅拌设备的非接触数字传输测温装置，其特征在于：包括智能温度探测器和智能温度采集器，

所述智能温度探测器包括安装在密封的金属盒中的电池仓、微功耗单片机控制板和红外发射模块，所述金属盒安装在与旋转轴同轴的固定盘上，在金属盒上部留有一个装有机玻璃的开孔，所述智能温度探测器外接两个与搅拌设备中的物料接触的测温电阻，所述电池仓内的电池向所述智能温度探测器供电，所述微功耗单片机控制板根据两个测温电阻阻值的变化计算出温度值、将温度值进行编码并通过所述红外发射模块传送出去；

所述智能温度采集器包括一单片机控制板，所述单片机控制板上设置有单片机、用于显示所述两个测温电阻温度值的数码管显示模块、用来修改数码管的显示模式并对两个测温电阻的温度值进行校准的按键输入模块、用于和PLC、人机界面进行通讯的RS485接口和电源变换电路，所述单片机控制板外部连接有红外接收解码模块，所述红外接收解码模块接收红外发射模块发出的红外光信号并传送到所述单片机进行处理后，将结果显示在所述数码管显示模块上或通过RS485接口向外传输。

2.根据权利要求1所述的非接触数字传输测温装置，其特征在于：所述红外接收解码模块具有4个，它们围绕所述旋转轴间隔安装在一模块固定架上，模块固定架位于所述同轴固定盘上方，所述4个红外接收解码模块的解码输出信号线并联在一起。

3.根据权利要求1所述的非接触数字传输测温装置，其特征在于：所述两个测温电阻安装于旋转轴外侧壁的上下两个部位，所述旋转轴是中空的，用于容纳两个测温电阻的连接导线。

4.根据权利要求1所述的非接触数字传输测温装置，其特征在于：所述单片机的芯片内集成了AD转换器、程序存储器、数据存储器、定时器和看门狗定时器。

5.根据权利要求1所述的非接触数字传输测温装置，其特征在于：所述金属盒为不锈钢盒。

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