CN206583552U

CN206583552U - 一种应用于热电偶、热电阻检测的扫描开关

Info

Publication number: CN206583552U
Application number: CN201621174785.5U
Authority: CN
Inventors: 李诺; 邢志红; 刘晨; 王凤伟; 董亮; 王海涛; 孙云飞
Original assignee: Liaoning Institute of Metrology
Current assignee: Liaoning Institute of Metrology
Priority date: 2016-10-27
Filing date: 2016-10-27
Publication date: 2017-10-24
Anticipated expiration: 2026-10-27

Abstract

本实用新型属于温度计量校准领域，具体为一种应用于热电偶、热电阻检测的扫描开关。所述的扫描开关又称多路转换开关或电子扫描器，是热电偶、热电阻自动测量系统中的关键部分，其与电测仪表、控温器以及恒温装置组合，可以实现热电偶、热电阻的自动测量；该扫描开关包括后面板、低电势接线端子、继电器阵列、前面板、主板、显示屏幕和键盘。操作者可以通过键盘或后面板上的通讯接口发送指令给主板，并由主板上的微处理器控制继电器阵列进行通道切换，从而实现N个通道转换以及二线制、三线制、四线制和电流换向操作。

Description

一种应用于热电偶、热电阻检测的扫描开关

技术领域

本实用新型涉及温度计量校准领域，具体涉及为一种应用于热电偶、热电阻检测的扫描开关。

背景技术

热电偶、热电阻被作为温度测量器件，被广泛的应用于工业生产中。通常标准热电偶自动测量系统用于校准二等标准铂铑10铂热电偶；工作用热电偶自动测量系统用于校准工作，用贵或廉的金属热电偶；工业用热电阻自动测量系统用于校准工业铂、铜热电阻。这些热电偶、热电阻自动测量系统的种类很多，但通常由恒温装置、扫描开关、控温器、电测仪表和外部计算机等5个部分组成，而扫描开关作为其中制作难度最高的部分，在热电偶、热电阻自动测量系统中起着至关重要的作用。总而言之，目前市场上的低电势切换开关主要有人工操作和自动操作两种，市场上的一些电子开关存在寄生电势较大的问题，无法满足测试条件；手动操作的低电势开关一般只具有通道切换功能，无法进行二线制、三线制、四线制以及电流换向等操作的开关切换；自动操作的低电势开关通常采用步进电机进行驱动，只能按照通道顺序依次切换，无法进行通道跳转。

发明内容

针对上述问题，本实用新型提供了一种能够实现通道切换、二线制、三线制、四线制转换以及电流换向等多种功能的应用于热电偶、热电阻检测的扫描开关。

本实用新型采用的技术方案是：一种应用于热电偶、热电阻检测的扫描开关，包括机箱后面板、机箱前面板以及主板；所述机箱后面板包括电源开关、与电测仪表通讯串口、与电脑通讯串口、与电测仪表连接接口、与被测热电偶、热电阻连接接口、与标准热电偶、热电阻连接接口，机箱后面板左上角为与标准热电偶、热电阻连接接口，右侧纵向两排左至右，上至下分别为与电测仪表连接接口、电源开关和与电脑通讯串口、与电测仪表通讯串口，中间部分为与被测热电偶、热电阻连接接口；所述机箱前面板包括设有液晶屏幕和键盘；机箱前面板左侧为液晶屏幕，右侧为键盘；键盘分为五行四列，左至右，上至下分别为CH1、CH2、CH3、CH4、CH5、CH6、CH7、CH8、CH9、CH10、CH11、STD、2线、3线、4线、RUN、量程、正向、反向、STOP；所述主板包括微处理器单元、继电器阵列、键盘驱动及其接口、电源、总线驱动及液晶显示接口、串口以及达林顿管驱动；主板的右上角为电源，电源左侧依次为总线驱动及液晶显示接口、和串口；电源下方为键盘驱动及其接口，键盘驱动及其接口的左侧依次为微处理器单元和达林顿管驱动；主板的左侧和下侧部分为继电器阵列；各模块之间均通过电路连接。

作为一种优选的技术方案：所述机箱后面板与机箱前面板上的电器元件均与主板上的相应模块相接，连接方式如下：

机箱后面板上的与电测仪表连接接口、与被测热电偶、热电阻连接接口和与标准热电偶、热电阻连接接口均与继电器阵列使用等长均质导线连接；与电测仪表通讯串口和与电脑通讯串口均与串口采用双绞线连接；电源开关通过导线与电源连接；所述机箱前面板上的液晶屏幕与总线驱动及液晶显示接口采用30线排线连接；键盘与键盘驱动及其接口采用20线排线连接。

作为一种优选的技术方案：所述的继电器阵列由具备自锁功能的低电势双刀双掷或类似功能的继电器构成；继电器数量为2N+6，其中N≥1为被测热电偶、热电阻通道数量；至少一组继电器开关与换向继电器开关串联，再通过辅助触点与换线继电器开关相串联。

作为一种优选的技术方案：所述电源可以将220V交流电源转换为3.3V和12V直流电源；所述键盘采用银浆镀膜形式；所述的液晶屏幕采用6寸65535色TFT液晶屏幕，分辨力为640×480。

作为一种优选的技术方案：所述的与标准热电偶、热电阻连接接口以及与被测热电偶、热电阻连接接口均采用具备低热电势特性和低接触电阻特性的5芯航空插头，其中外围的四芯分别与标准热电偶、热电阻或被测热电偶、热电阻的电压正负接线端口和电流正负接线端口相连，中间的一芯与连接电缆的屏蔽层连接，并最终与本装置的机壳连接，以达到抗干扰的目的；所述的与电测仪表连接接口含有4个接口，分别对应与电测仪表连接的电压正负接线端口和电流正负接线端口，它们均采用具备低热电势特性和低接触电阻特性的镀金香蕉插头。

作为一种优选的技术方案：所述的与电测仪表连接接口、与被测热电偶、热电阻连接接口、与标准热电偶、热电阻连接接口均为低电势接线端子。

本实用新型的有益效果是：（1）可在外部电脑的控制下自动进行通道切换、线制变化或电流换向操作，测量过程中无需进行人工换线、换向等操作，极大的提高了测试效率；（2）使用具备自锁功能的低电势继电器组成继电器阵列，无需步进电机，可实现通道的跳转，体积小、无噪声；（3）每个通道内部只经过3个连线结点，降低通道热电势。

附图说明

图1为一种应用于热电偶、热电阻检测的扫描开关的主板硬件结构示意图；

图2为一种应用于热电偶、热电阻检测的扫描开关的继电器阵列结构示意图；

图3为一种应用于热电偶、热电阻检测的扫描开关的机箱背板示意图；

图4为一种应用于热电偶、热电阻检测的扫描开关的机箱面板示意图；

图中：1机型后面板、10电源开关、11电测仪表通讯串口、12与电脑通讯串口、13与电测仪表连接接口、14与被测热电偶、热电阻连接接口、15与标准热电偶、热电阻连接接口、2机型前面板、21键盘、22液晶屏幕、3主板、31微处理器单元、32继电器阵列、33键盘驱动及其接口、34电源、35总线驱动及液晶显示接口、36串口、37达林顿管驱动。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

参照附图，一种应用于热电偶、热电阻检测的扫描开关，包括机箱后面板1、机箱前面板2以及主板3；所述机箱后面板1包括电源开关10、与电测仪表通讯串口11、与电脑通讯串口12、与电测仪表连接接口13、与被测热电偶、热电阻连接接口14、与标准热电偶、热电阻连接接口15，机箱后面板1左上角为与标准热电偶、热电阻连接接口15，右侧纵向两排左至右，上至下分别为与电测仪表连接接口13、电源开关10和与电脑通讯串口12、与电测仪表通讯串口11，中间部分为与被测热电偶、热电阻连接接口14；所述机箱前面板2包括设有液晶屏幕22和键盘21；机箱前面板2左侧为液晶屏幕22，右侧为键盘21；键盘分为五行四列，左至右，上至下分别为CH1、CH2、CH3、CH4、CH5、CH6、CH7、CH8、CH9、CH10、CH11、STD、2线、3线、4线、RUN、量程、正向、反向、STOP；所述主板3包括微处理器单元31、继电器阵列32、键盘驱动及其接口33、电源34、总线驱动及液晶显示接口35、串口36以及达林顿管驱动37；主板3的右上角为电源34，电源34左侧依次为总线驱动及液晶显示接口35、和串口36；电源下方为键盘驱动及其接口33，键盘驱动及其接口33的左侧依次为微处理器单元31和达林顿管驱动37；主板3的左侧和下侧部分为继电器阵列32；各模块之间均通过电路连接。

所述的机箱后面板1与机箱前面板2上的电器元件均与主板3上的相应模块相接，连接方式如下：

机箱后面板1上的与电测仪表连接接口13、与被测热电偶、热电阻连接接口14和与标准热电偶、热电阻连接接口15均与继电器阵列32使用等长均质导线连接；与电测仪表通讯串口11和与电脑通讯串口12均与串口36采用双绞线连接；电源开关10通过导线与电源34连接；所述机箱前面板2上的液晶屏幕22与总线驱动及液晶显示接口35采用30线排线连接；键盘21与键盘驱动及其接口33采用20线排线连接。

所述的继电器阵列32由具备自锁功能的低电势双刀双掷或类似功能的继电器构成；继电器数量为2N+6，其中N≥1为被测热电偶、热电阻通道数量；至少一组继电器开关与换向继电器开关串联，再通过辅助触点与换线继电器开关相串联。

所述的电源34可以将220V交流电源转换为3.3V和12V直流电源；所述键盘21采用银浆镀膜形式；所述的液晶屏幕22采用6寸65535色TFT液晶屏幕，分辨力为640×480。

所述的与标准热电偶、热电阻连接接口15以及与被测热电偶、热电阻连接接口14均采用具备低热电势特性和低接触电阻特性的5芯航空插头（male形式），其中外围的四芯分别与标准热电偶、热电阻或被测热电偶、热电阻的电压正负接线端口和电流正负接线端口相连，中间的一芯与连接电缆的屏蔽层连接，并最终与本装置的机壳连接，以达到抗干扰的目的；所述的与电测仪表连接接口13含有4个接口，分别对应与电测仪表连接的电压正负接线端口和电流正负接线端口，它们均采用具备低热电势特性和低接触电阻特性的镀金香蕉插头（female形式）。

所述的与电测仪表连接接口13、与被测热电偶、热电阻连接接口14、与标准热电偶、热电阻连接接口15均为低电势接线端子。

参照附图，本实用新型的工作原理如下：微处理器单元31通过串口36接收来至外部电脑的SCPI指令，进行解析后，微处理器单元31首先通过达林顿管驱动37对继电器阵列32的相应继电器进行驱动，进而达到通道切换、线制变换或电流换向的目的；然后再通过串口36控制外部电测仪表进行测量值的读取；最后通过总线驱动及液晶显示接口35在机箱前面板2上的液晶屏幕22上显示。同样，微处理器单元31也可以通过解析键盘驱动及其接口33传回的用户按键信息进行以上操作。

参照图2，在进行标准通道（STD）切换时，继电器S11、S12、S21、S22…SN1和SN2处于断开状态，继电器S01与S02处于闭合状态，继电器S10的管脚V+和V-分别连接继电器SA1的管脚V_IN+和V_IN-；继电器S02的管脚I+和I-分别连接继电器SA2的管脚I_IN+和I_IN-；在进行第k个被测热电偶、热电阻通道切换时（1≤k≤N），继电器Sk1与Sk2处于闭合状态，继电器S01、S02…S(k-1)1、S(k-1)2、S(k+1)1、S(k+1)2…SN1和SN2处于断开状态；在进行正向电流工作时，继电器SA1与SA2与常开辅助触点NO相连处于常开状态；在进行反向电流工作时，继电器SA1与SA2遇常闭辅助触点NC相连处于常闭状态；在进行二线制工作时，继电器SA3与SA4处于闭合状态；在进行三线制工作时，继电器SA3处于闭合状态，继电器SA4处于断开状态；在进行四线制工作时，继电器SA3与SA4处于断开状态。

最后所应说明的是，本实用新型结构紧凑、完全满足《JJF 1098 热电偶、热电阻自动测量系统校准规范》中对扫描开关的要求，以上实施例仅用以补充阐释本实用新型的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的广大技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者同等替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims

1.一种应用于热电偶、热电阻检测的扫描开关，其特征在于：包括机箱后面板（1）、机箱前面板（2）以及主板（3）；所述机箱后面板（1）包括电源开关（10）、与电测仪表通讯串口（11）、与电脑通讯串口（12）、与电测仪表连接接口（13）、与被测热电偶、热电阻连接接口（14）、与标准热电偶、热电阻连接接口（15），机箱后面板（1）左上角为与标准热电偶、热电阻连接接口（15），右侧纵向两排左至右，上至下分别为与电测仪表连接接口（13）、电源开关（10）和与电脑通讯串口（12）、与电测仪表通讯串口（11），中间部分为与被测热电偶、热电阻连接接口（14）；所述机箱前面板（2）包括设有液晶屏幕（22）和键盘（21）；机箱前面板（2）左侧为液晶屏幕（22），右侧为键盘（21）；键盘分为五行四列，左至右，上至下分别为CH1、CH2、CH3、CH4、CH5、CH6、CH7、CH8、CH9、CH10、CH11、STD、2线、3线、4线、RUN、量程、正向、反向、STOP；所述主板（3）包括微处理器单元（31）、继电器阵列（32）、键盘驱动及其接口（33）、电源（34）、总线驱动及液晶显示接口（35）、串口（36）以及达林顿管驱动（37）；主板（3）的右上角为电源（34），电源（34）左侧依次为总线驱动及液晶显示接口（35）、和串口（36）；电源（34）下方为键盘驱动及其接口（33），键盘驱动及其接口（33）的左侧依次为微处理器单元（31）和达林顿管驱动（37）；主板（3）的左侧和下侧部分为继电器阵列（32）；各模块之间均通过电路连接。

2.根据权利要求1所述的一种应用于热电偶、热电阻检测的扫描开关，其特征在于：所述机箱后面板（1）与机箱前面板（2）上的电器元件均与主板（3）上的相应模块相接，连接方式如下

机箱后面板（1）上的与电测仪表连接接口（13）、与被测热电偶、热电阻连接接口（14）和与标准热电偶、热电阻连接接口（15）均与继电器阵列（32）使用等长均质导线连接；与电测仪表通讯串口（11）和与电脑通讯串口（12）均与串口（36）采用双绞线连接；电源开关（10）通过导线与电源（34）连接；所述机箱前面板（2）上的液晶屏幕（22）与总线驱动及液晶显示接口（35）采用30线排线连接；键盘（21）与键盘驱动及其接口（33）采用20线排线连接。

3.根据权利要求1所述的一种应用于热电偶、热电阻检测的扫描开关，其特征在于：所述的继电器阵列（32）由具备自锁功能的低电势双刀双掷继电器构成；继电器数量为2N+6，其中N≥1为被测热电偶、热电阻通道数量；至少一组继电器开关与换向继电器开关串联，再通过辅助触点与换线继电器开关相串联。

4.根据权利要求1所述的一种应用于热电偶、热电阻检测的扫描开关，其特征在于：所述电源（34）将220V交流电源转换为3.3V或12V直流电源；所述键盘（21）采用银浆镀膜形式；所述的液晶屏幕（22）采用6寸65535色TFT液晶屏幕，分辨率为640×480。

5.根据权利要求1所述的一种应用于热电偶、热电阻检测的扫描开关，其特征在于：所述的与标准热电偶、热电阻连接接口（15）以及与被测热电偶、热电阻连接接口（14）均采用具备低热电势特性和低接触电阻特性的5芯航空插头，其中外围的四芯分别与标准热电偶、热电阻或被测热电偶、热电阻的电压正负接线端口和电流正负接线端口相连，中间的一芯与连接电缆的屏蔽层连接，并最终与本装置的机壳连接；所述的与电测仪表连接接口（13）含有4个接口，分别对应与电测仪表连接的电压正负接线端口和电流正负接线端口，它们均采用具备低热电势特性和低接触电阻特性的镀金香蕉插头。

6.根据权利要求1所述的一种应用于热电偶、热电阻检测的扫描开关，其特征在于：所述的与电测仪表连接接口（13）、与被测热电偶、热电阻连接接口（14）、与标准热电偶、热电阻连接接口（15）均为低电势接线端子。