CN210119310U - 一种热电偶调理模块响应时间测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种热电偶调理模块响应时间测试系统，包括为热电偶调理模块生成测试信号的前置处理模块；还包括示波器；所述前置处理模块包括2个信号源发生器、串联的切换开关、负载1、负载2，负载1两端的电压值高于示波器纹波噪声，其中示波器的通道1CH1接负载1两端，示波器的通道2CH2获取热电偶调理模块的输出信号，热电偶调理模块的输入端接负载2的两端，切换开关用于按照一定的频率切换2个信号源发生器。上述热电偶调理模块响应时间测试系统可以使用示波器自动化执行热电偶模块响应时间测试，解决目前示波器测量时间的瓶颈，自动化测试才能更方便的实现测试数据的量化，达到验证热电偶调理模块响应时间满足设计要求的效果。

Description

一种热电偶调理模块响应时间测试系统

技术领域

本发明涉及核电技术领域，具体涉及核电厂用的热电偶响应时间测试系统。

背景技术

热电偶响应时间定义：热电偶调理模块输入信号变化到热电偶调理模块稳定输出为热电偶调理模块的响应时间；常规的热电偶响应时间测试方法使用示波器探头连接热电偶调理模块输入及输出测试响应时间，通俗的来说，就是用示波器采集热电偶的输入端，测定输入端信号发生变化的时刻，同时用示波器采集热电偶的输出端，观测对应的输出变化的时刻，将2个时刻相减，即可得到响应时间。

而对于核电厂安全级DCS平台用的热电偶调理模块，其采用常规的示波器直接采集输入端和输出端信号时，则存在以下问题：

1、核电厂安全级DCS平台用的热电偶调理模块的输入范围一般为0℃-1300℃，对应的电压输入范围0-55mV，也就是说，在测试时，需要模拟出0-55mV的电压信号作为输入源接入待热电偶调理模块，但示波器探头的纹波噪声高达几十mV，因此直接将示波器探头接入到输入端上，则无法分别出变化点，导致示波器难以判定热电偶响应时间的起点。

2、由于核电厂安全级DCS平台用的热电偶调理模块，一般是高速ADC采样输出，热电偶调理模块的输出范围为4mA-20mA的电流信号，由于输出信号受硬件电路及软件滤波本身处理的影响，每次温度变化，其输出信号分都是为2-3段波动变化后进行输出，因此导致热电偶调理模块输出负载两端电压值有3段电压值，(参考附图1)即，热电偶调理模块采集到信号后，由于软硬件滤波导致输出跟随输入信号变化有3段输出，使用示波器测试需要确定热电偶模块输出的最后一段波形为响应时间终点，由于测试响应时间需要多次重复采集，然后取平均值，因此在多次采集的过程中，我们发现，由于热电偶软件处理关系导致输出波形有规律变化，可能导致倒数第二段与最后一段的电压差较小，示波器同样难以判定热电偶响应时间终点，参考图1所示，其输出的第二段电压值与第三次电压值就会非常接近，因此，难以识别最终稳定输出点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热电偶调理模块响应时间测试系统，该发明首要解决采用示波器获取输入信号变化时刻点。

本发明的具体技术方案为：一种热电偶调理模块响应时间测试系统，包括为热电偶调理模块生成测试信号的前置处理模块；还包括示波器；所述前置处理模块包括2个信号源发生器、串联的切换开关、负载1、负载2，负载1两端的电压值高于示波器纹波噪声，其中示波器的通道1CH1接负载1两端，示波器的通道2CH2获取热电偶调理模块的输出信号，热电偶调理模块的输入端接负载2的两端，切换开关用于按照一定的频率切换2个信号源发生器。

在上述方案中，由于本发明的对象是输入信号范围为mV级的热电偶调理模块，为了解决示波器直接采集热电偶调理模块输入端的信号所带来的识别难度问题，因此，本发明将传统的一个mV级的信号源改为2个信号源发生器，同时增加了2个负载，其负载1、负载2可以根据其输入的信号源发生器的电压值、以及负载1、负载2本身，使得其中负载2两端产生与热电偶调理模块输入范围向匹配的电压，热电偶调理模块的输入端接负载2两端，使得负载1两端的电压达到可以忽略示波器纹波噪声的影响的电压值，这样将示波器测量输入变化的通道接负载1的两端；优选其中2个信号源发生器中的至少1个信号源发生器为伏特级的信号源。也就是说，本发明的上述总体理念为，用具有高电压值的负载1接入示波器，由于负载1和负载2的再信号变化时的变化起始是箱体的，因此接负载1就相当于接负载2两端，也即相当于接热电偶输入两端，只是在本发明的上述内容下，我们只需要调节信号源的大小、负载1、负载2的大小，使得负载1的电压足够大，大到可以忽略噪声影响，这样就是的示波器能很好的识别出响应时间测试的起点。

优选的，由于热电偶调理模块的输入范围的起点可能是0，也可以是大于0的值，但无论其范围如何，我们只需要保证2个信号源发生器之间的输出不同即可，也就是需要模拟出温度变化状态，那么在切换开关的动作下，就发生了一次变化，而这种变化就可以反应到负载1、负载2的电压变化上，因此，所述2个信号源发生器为输出电压信号的信号源发生器，其中一个信号源发生器生成的电压信号大于另外一个信号源发生器生成的电压信号。

优选的，当热电偶调理模块的输入范围的起点是0时，所述2个信号源发生器为输出电压信号的信号源发生器，其中一个信号源发生器生成的电压信号大于0V，另一个信号源发生器生成的电压信号为0V。

优选的，由于产生0V电压的信号发生情况有多种，优选的，可以直接采用电压制造1个0V的输出，也可以直接将其接地，因此，所述2个信号源发生器中一个信号源发生器为输出大于0V电压信号的信号源发生器，另一个信号源发生器为地线，该地线视为输出0V电压信号。上述信号源发生器为地线，实际上可以理解为切换开关的一触点空置或接地等，都视为地线。

优选的，所述负载1为电阻R1、负载2为电阻R2，其中，电阻R1的阻值大于电阻R2的阻值。

优选的，当热电偶调理模块的输入范围为0-55mV时，其2个信号源发生器分别输出0V电压信号、5V电压信号，其中负载1为阻值为10KΩ的电阻R1、负载2为组织为100Ω的电阻R2，此时R2两端电压为50mV。

对于本发明背景技术中，还描述了输出的问题，由于热电偶调理模块本身的问题，其在一次变化后，其输出信号是需要经过三次跳变才能得到最终的值，而对响应时间测试时，需要对其中的第三次跳变进行抽取，找到第三次跳变的时刻，而由于第三次跳变与第二次跳变之间的变化会出现变化小的情况，因此，有些测试次数会将第三次跳变时刻和第二次跳变时刻混淆，导致测试失误，因此为了解决该问题，本发明采用可比较输出的设计思想，即，预先推算第三次跳变的最终值，设置好阈值电压，采用电压比较器，来比较，只要其电压达到阈值，则起电压比较器就会输出一个信号来标志最终的稳定时刻点到达，即，将示波器的另一用于识别稳定时刻点的通道接电压比较器的输出端，这样就可以获得非常稳定的稳定时刻点，因此本发明还包括对热电偶调理模块的输出信号进行调理的后置处理模块，所述后置处理模块包括电压比较器、阈值信号源，电压比较器的一个输入端接热电偶调理模块的输出端，另一个输入端接阈值信号源，电压比较器的输出端接示波器。

由于热电偶调理模块输出端连接高精度低延迟电压比较器的输入端，通过阈值信号源来匹配热电偶调理模块的输出电压，当热电偶调理模块输出电压高于阈值信号源设置的电压时，电压比较器输出高电平，否则为低；电压比较器输出的信号为响应时间测试终点，可以解决热电偶输出信号多段，且多段信号之间差异小时，无法识别的问题。

优选的，热电偶调理模块的输出端加载有一个负载电阻R3。

当热电偶调理模块的输入范围为0-55mV时，其2个信号源发生器分别输出0V电压信号、5V电压信号，其中负载1为阻值为10KΩ的电阻R1、负载2为组织为100Ω的电阻R2，此时R2两端电压为50mV；所述阈值信号源输出2V电压信号。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：上述热电偶调理模块响应时间测试系统可以使用示波器自动化执行热电偶模块响应时间测试，解决目前示波器测量时间的瓶颈，自动化测试才能更方便的实现测试数据的量化，达到验证热电偶调理模块响应时间满足设计要求的效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1是本发明热电偶调理模块输出信号示意图。

图2是本发明的设计原理图。

图3是本发明实施电路图。

图4是电压比较器的延时图。

图5为示波器的响应时间信号图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图2-图5所示：

如图2所示，一种热电偶调理模块响应时间测试系统，包括为热电偶调理模块生成测试信号的前置处理模块；还包括示波器；所述前置处理模块包括2个信号源发生器、串联的切换开关、负载1、负载2，负载1两端的电压值高于示波器纹波噪声，其中示波器的通道1CH1接负载1两端，示波器的通道2CH2获取热电偶调理模块的输出信号，热电偶调理模块的输入端接负载2的两端，切换开关用于按照一定的频率切换2个信号源发生器。

在上述方案中，由于本发明的对象是输入信号范围为mV级的热电偶调理模块，为了解决示波器直接采集热电偶调理模块输入端的信号所带来的识别难度问题，因此，本发明将传统的一个mV级的信号源改为2个信号源发生器，同时增加了2个负载，其负载1、负载2可以根据其输入的信号源发生器的电压值、以及负载1、负载2本身，使得其中负载2两端产生与热电偶调理模块输入范围向匹配的电压，热电偶调理模块的输入端接负载2两端，使得负载1两端的电压达到可以忽略示波器纹波噪声的影响的电压值，这样将示波器测量输入变化的通道接负载1的两端；优选其中2个信号源发生器中的至少1个信号源发生器为伏特级的信号源。也就是说，本发明的上述总体理念为，用具有高电压值的负载1接入示波器，由于负载1和负载2的再信号变化时的变化起始是箱体的，因此接负载1就相当于接负载2两端，也即相当于接热电偶输入两端，只是在本发明的上述内容下，我们只需要调节信号源的大小、负载1、负载2的大小，使得负载1的电压足够大，大到可以忽略噪声影响，这样就是的示波器能很好的识别出响应时间测试的起点。

在图2中，2个信号源发生器为可调电源1、可调电源2，图中3中，SW1为切换开关，切换开关采用高速单端双掷电子开关，负载2，负载1分别为图中的电阻R2和电阻R1，

优选的，由于热电偶调理模块的输入范围的起点可能是0，也可以是大于0的值，但无论其范围如何，我们只需要保证2个信号源发生器之间的输出不同即可，也就是需要模拟出温度变化状态，那么在切换开关的动作下，就发生了一次变化，而这种变化就可以反应到负载1、负载2的电压变化上，因此，所述2个信号源发生器为输出电压信号的信号源发生器，其中一个信号源发生器生成的电压信号大于另外一个信号源发生器生成的电压信号。

优选的，当热电偶调理模块的输入范围的起点是0时，所述2个信号源发生器为输出电压信号的信号源发生器，其中一个信号源发生器生成的电压信号大于0V，另一个信号源发生器生成的电压信号为0V。

优选的，由于产生0V电压的信号发生情况有多种，优选的，可以直接采用电压制造1个0V的输出，也可以直接将其接地，因此，所述2个信号源发生器中一个信号源发生器为输出大于0V电压信号的信号源发生器，另一个信号源发生器为地线，该地线视为输出0V电压信号。上述信号源发生器为地线，实际上可以理解为切换开关的一触点空置或接地等，都视为地线。

优选的，所述负载1为电阻R1、负载2为电阻R2，其中，电阻R1的阻值大于电阻R2的阻值。

如图3所示，优选的，当热电偶调理模块的输入范围为0-55mV时，其2个信号源发生器分别输出0V电压信号、5V电压信号，其中负载1为阻值为10KΩ的电阻R1、负载2为组织为100Ω的电阻R2，此时R2两端电压为50mV。

实施例2

在上述实施例1的基础上，如图1所示，对于本发明背景技术中，还描述了输出的问题，由于热电偶调理模块本身的问题，其在一次变化后，其输出信号是需要经过三次跳变才能得到最终的值，而对响应时间测试时，需要对其中的第三次跳变进行抽取，找到第三次跳变的时刻，而由于第三次跳变与第二次跳变之间的变化会出现变化小的情况，因此，有些测试次数会将第三次跳变时刻和第二次跳变时刻混淆，导致测试失误，因此为了解决该问题，本发明采用可比较输出的设计思想，即，预先推算第三次跳变的最终值，设置好阈值电压，采用电压比较器，来比较，只要其电压达到阈值，则起电压比较器就会输出一个信号来标志最终的稳定时刻点到达，即，将示波器的另一用于识别稳定时刻点的通道接电压比较器的输出端，这样就可以获得非常稳定的稳定时刻点，如图2所示，因此本发明还包括对热电偶调理模块的输出信号进行调理的后置处理模块，所述后置处理模块包括电压比较器、阈值信号源，电压比较器的一个输入端接热电偶调理模块的输出端，另一个输入端接阈值信号源，电压比较器的输出端接示波器。

由于热电偶调理模块输出端连接高精度低延迟电压比较器的输入端，通过阈值信号源来匹配热电偶调理模块的输出电压，当热电偶调理模块输出电压高于阈值信号源设置的电压时，电压比较器输出高电平，否则为低；电压比较器输出的信号为响应时间测试终点，可以解决热电偶输出信号多段，且多段信号之间差异小时，无法识别的问题。

如图4所示，电压比较器选择AD790芯片，测试其延迟时间，实际测试过程中，阈值信号源选择电压为2V，因此电压比较器的延迟时间应该以输入2V为起点，在图4中，Y1＝2V，表示其阈值信号源的电压，当电压比较器接热电偶调理模块输出端的输入电压由小变大时，电压比较器的对应输出将会出现电平由低变高的过程，当输出为高电平时为延时时间测试的终点，测试结果如图4所示,其中1为输入电压信号，2为电压比较器输出值，当1达到2V时，电压比较器输出值2变为高电平，电压比较器的延迟时间为输入达到2V为起点，输出高电平为终点，由图4，图中2个竖直的虚线表示起点和终点，可知实际测试延迟时间为500us较小，与热电偶调理模块响应时间比较，可以忽略不计。

优选的，热电偶调理模块的输出端加载有一个负载电阻R3。

如图3所示，当热电偶调理模块的输入范围为0-55mV时，其2个信号源发生器分别输出0V电压信号、5V电压信号，其中负载1为阻值为10KΩ的电阻R1、负载2为组织为100Ω的电阻R2，此时R2两端电压为50mV；所述阈值信号源输出2V电压信号，阈值信号源为图中的可调电源3，可调电源4为电压比较器供电。

测试时，切换开关SW1选择ADG819，DC1调节到输出5V电源，DC2调节到输出0V电源，R1调节到阻值10kΩ，R2调节到阻值100Ω，SW1使用程控电源输出5V电源控制通断，且当SW1输入5V时，DC1给后端负载1、负载2(R1、R2)供电，R2两端的电压控制在50mV，可以作为热电偶的输入信号，当SW1输入0V时，DC2给后端负载1、负载2(R1、R2)供电，R2两端的电压控制在0mV，相当于模拟了热电偶调理模块的最小值和最大值，当输入电压由0-5V变化时，电阻R3选用120Ω电阻，DC3调节输出2V电压源。

测试时，

1)按照图3搭建测试环境，示波器探头CH1连接负载1(电阻R1)两端的电压，示波器探头CH2连接电压比较器输出端(1OUT)；

2)根据热电偶调理模块输入范围调节电源DC1、电源DC2的电压值，及调节负载1(R1)和负载2(R2)的电阻值，使负载2(R2)两端的电压满足模块输入范围要求；

3)根据热电偶调理模块输入范围，计算热电偶调理模块输出电压范围，调节电源3，使电源3输出电压匹配模块输出电压；

4)信号调试，使用程控电源控制电子开关SW1通断，查看示波器两个探头采集电压是否有明显的跳变；

5)根据信号调试的结果设置示波器，采用示波器延迟时间计算公式，选择上升沿-上升沿，触发源选择探头CH2，触发模式为上升沿触发，触发电平设置高电平的90％，示波器标准模式自动捕捉计算延迟时间；

6)设置程控电源多次控制电子开关通道，测试记录热电偶调理模块最大响应时间值。

参照图3搭建测试环境，示波器CH1测量R1两端的波形，示波器CH2测量电压比较器输出端的波形，使用程控电源控制SW1开关断开闭合，动作频率1S一次，使用示波器延迟时间测量功能测量整个测试环境的延迟时间，测试结果如图5所示；在图5中，3表示电阻R1两端电压变化波形、4表示比较器的输出变化波形，在图5中有2个竖直虚线，分别表示响应时间的起点和终点；切换开关SW1切换计数次数54，响应时间＝示波器通道1上升沿时间-示波器通道2上升沿时间，当前响应时间为112.25ms，切换计数次数54次内，最小响应时间值为97.160ms，最大响应时间值为156.34ms，平均响应时间为112.25ms。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热电偶调理模块响应时间测试系统，其特征在于：包括为热电偶调理模块生成测试信号的前置处理模块；还包括示波器；所述前置处理模块包括2个信号源发生器、串联的切换开关、负载1、负载2，负载1两端的电压值高于示波器纹波噪声，其中示波器的通道1CH1接负载1两端，示波器的通道2CH2获取热电偶调理模块的输出信号，热电偶调理模块的输入端接负载2的两端，切换开关用于按照一定的频率切换2个信号源发生器。

2.根据权利要求1所述的一种热电偶调理模块响应时间测试系统，其特征在于，所述2个信号源发生器为输出电压信号的信号源发生器，其中一个信号源发生器生成的电压信号大于另外一个信号源发生器生成的电压信号。

3.根据权利要求1所述的一种热电偶调理模块响应时间测试系统，其特征在于，所述2个信号源发生器为输出电压信号的信号源发生器，其中一个信号源发生器生成的电压信号大于0V，另一个信号源发生器生成的电压信号为0V。

4.根据权利要求1所述的一种热电偶调理模块响应时间测试系统，其特征在于，所述2个信号源发生器中一个信号源发生器为输出大于0V电压信号的信号源发生器，另一个信号源发生器为地线，该地线视为输出0V电压信号。

5.根据权利要求1所述的一种热电偶调理模块响应时间测试系统，其特征在于，所述负载1为电阻R1、负载2为电阻R2，其中，电阻R1的阻值大于电阻R2的阻值。

6.根据权利要求1所述的一种热电偶调理模块响应时间测试系统，其特征在于，当热电偶调理模块的输入范围为0-55mV时，其2个信号源发生器分别输出0V电压信号、5V电压信号，其中负载1为阻值为10KΩ的电阻R1、负载2为组织为100Ω的电阻R2，此时R2两端电压为50mV。

7.根据权利要求1所述的一种热电偶调理模块响应时间测试系统，其特征在于，还包括对热电偶调理模块的输出信号进行调理的后置处理模块，所述后置处理模块包括电压比较器、阈值信号源，电压比较器的一个输入端接热电偶调理模块的输出端，另一个输入端接阈值信号源，电压比较器的输出端接示波器的通道2CH2。

8.根据权利要求7所述的一种热电偶调理模块响应时间测试系统，其特征在于，热电偶调理模块的输出端加载有一个负载电阻R3。

9.根据权利要求7所述的一种热电偶调理模块响应时间测试系统，其特征在于，当热电偶调理模块的输入范围为0-55mV时，其2个信号源发生器分别输出0V电压信号、5V电压信号，其中负载1为阻值为10KΩ的电阻R1、负载2为组织为100Ω的电阻R2，此时R2两端电压为50mV；所述阈值信号源输出2V电压信号。

10.根据权利要求1-9中任意一项所述的一种热电偶调理模块响应时间测试系统，其特征在于，上述切换开关为电子开关，该电子开关接程控电源控制其切换。

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