CN216899312U - 总线型高精度高可靠性的温度测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种总线型高精度高可靠性的温度测量装置，其主要设计点在于：带有数字式温度传感器的PCB板设置在不锈钢外壳内，所述不锈钢外壳的内部填充有不导电的导热硅脂，用于将不锈钢外壳的温度传递给数字式温度传感器。其采用全数字化和小型化设计，具有传输距离长、抗干扰能力强、测量精度高、组网灵活的优点，能够降低由于芯片损坏或者电磁干扰等因素而导致的测量故障。此外还通过双数字温度芯片的设计增强了硬件上的冗余性。

Description

总线型高精度高可靠性的温度测量装置

技术领域

本实用新型涉及温度测量、温度传感器技术领域，尤其涉及一种基于总线型高精度高可靠性的温度测量装置。

背景技术

伴随着工业生产的不断发展，温度测量变得越来越重要。在工业生产中，可采用各种各样的传感器来测量温度，通常对温度测量的需求包括精度、稳定性、多点测量等。目前，工业上常用的接触式温度传感器主要分为模拟式和数字式两大类。

常用的模拟式温度传感器有热电偶型和热电阻型，为了达到最高精度的温度测量，一般采用热电阻型温度传感器，它是基于金属导体的电阻值随温度的变化而变化的特性进行温度测量的。其中，采用铂制成的铂热电阻具有最佳的线性、可重复性和稳定性，因此在高精度测温场合得到了最广泛的应用。

而数字式温度传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，利用半导体工艺技术，在硅片上制造出PN结器件、控制逻辑电路以及外部接口电路，遵照既定的协议输出内部温度数字表达格式。随着半导体技术的发展，数字式温度传感器的测量范围和精度也在进一步提高，在高精度测温场合的应用也越来越多。

虽然铂热电阻本身温度精度较高，但要实现高精度温度测量，还需要匹配高稳定、精密的信号放大及模数转换处理电路。此外，目前提出使用模拟前端集成电路克服信号调理电路的匹配问题，但是集成电路方案仍很容易由于元器件之间一致性差异造成较大的测量误差。准确、稳定的元件和电路匹配依然是制约传统铂热电阻实现高精度测温的主要问题。

数字式温度传感器无需复杂的外围电路，同时由于制造工艺可控，较容易实现一致性好的高精度温度测量。但是，大多数数字式温度传感器的数据传输总线传输距离较短，同时可能因为静电击穿或者电磁干扰等因素导致芯片损坏或读取到的数据错误，从而导致测量错误，测量稳定性较铂热电阻差。

实用新型内容

考虑到常见模拟式温度传感器一般需设计恒流激励电路，并通过信号变送处理模数转换实现对温度信号的采集。该方式对电路放大精度和稳定性有较高的要求。而数字式传感器虽然对电路设计的要求更低，传感器所测量到的温度的一致性更好，但是其数据的传输距离往往不长，且会因为静电击穿或者电磁干扰等因素导致芯片损坏或读取到的数据错误。本实用新型提出了一种总线型高精度高可靠性的温度测量装置的设计，采用全数字化和小型化设计，具有传输距离长、抗干扰能力强、测量精度高、组网灵活的优点，能够降低由于芯片损坏或者电磁干扰等因素而导致的测量故障。此外还通过双数字温度芯片的设计增强了硬件上的冗余性。

其具体采用以下技术方案：

一种总线型高精度高可靠性的温度测量装置，其特征在于：带有数字式温度传感器的PCB板设置在不锈钢外壳内，所述不锈钢外壳的内部填充有不导电的导热硅脂，用于将不锈钢外壳的温度传递给数字式温度传感器。

进一步地，所述不锈钢外壳采用防水密封胶封口，所述PCB板电气连接有屏蔽线引出不锈钢外壳。

进一步地，所述屏蔽线上安装有航空接头。

进一步地，所述不锈钢外壳为外径4mm的304不锈钢管；所述防水密封胶的材质为环氧树脂AB胶。

进一步地，所述PCB板上设置有两个数字式温度传感器。

进一步地，两个所述数字式温度传感器芯片的型号为TMP117。

进一步地，两个所述数字式温度传感器经微处理器连接485芯片，所述485芯片连接屏蔽线中的信号线。

进一步地，所述微处理器的型号为STM32G031Y8Y6TR，485芯片的型号为SIT3485EUA。

进一步地，所述屏蔽线的屏蔽层与不锈钢外壳连接。

本实用新型及其优选方案采用全数字化和小型化设计，具有传输距离长、抗干扰能力强、测量精度高、组网灵活的优点，能够降低由于芯片损坏或者电磁干扰等因素而导致的测量故障。此外还通过双数字温度芯片的设计增强了硬件上的冗余性，即可以进一步设计为两个传感器芯片采集的数据互为校验，也可以设计为输出其平均值，还可以在其中一个芯片失效时，另一个作为备用。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步详细的说明：

图1是本实用新型实施例测量装置结构示意图；

图2是本实用新型实施例测量装置电路结构图；

图3是本实用新型实施例PCB板示意图；

图4是本实用新型实施例传感器外形示意图；

图5是本实用新型实施例多个测量装置在同一根总线上组网运行示意图；

图6是本实用新型实施例多个测量装置在同一杯水内的降温测试曲线示意图。

其中：1-不锈钢外壳，2-导热硅脂，3-PCB板，4-防水密封胶，5-四芯屏蔽线，6-航空接头，7-485芯片，8-微控制器，9-第一数字温度芯片，10-第二数字温度芯片，11-电源模块，12-屏蔽线屏蔽层，13-信号线，14-电源线。

具体实施方式

为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下：

本实施例提供的温度传感器测量装置整体结构图如图1所示。装置采用全数字化和小型化设计，其主要电子元件都位于PCB板3上，同时整个PCB板3都位于不锈钢外壳1内。在不锈钢外壳1的内部填充有不导电的导热硅脂2，用于将不锈钢外壳1上的温度传递给PCB板3。在不锈钢外壳1的出口处还填充有防水密封胶4，防止水和油污等接触PCB板3造成装置损坏。四芯屏蔽线5连接到PCB板3上，用于信号传输和供电。在屏蔽线5上，还装有一个航空接头6，用于在不更换通讯接线的情况下更换损坏的温度测量装置。作为优选，不锈钢外壳1为外径4mm的304不锈钢管，防水密封胶4的材质为环氧树脂AB胶。

反映PCB板3电路结构及其与四芯屏蔽线5连接关系的电路结构图如图2所示，PCB板3上主要包含485芯片7，微处理器8，第一数字温度芯片9，第二数字温度芯片10和电源模块11。其中485芯片7用于外部通讯电平的转换，微处理器8一般可以采用单片机，两个数字温度芯片将测量到的温度转化为数字信号，电源模块11将外部电源电压转化为装置工作电压，可以采用常规的电源芯片搭建。

四芯屏蔽线5包含3个部分，分别是屏蔽线屏蔽层12、信号线13和电源线14。其中屏蔽线屏蔽层12与不锈钢外壳1连接在一起；信号线13连接到485芯片7，用于装置与外界数据的传输；电源线14连接到电源模块11，用于整个装置的供电。

在本发明的一个实例中，485芯片7的型号为SIT3485EUA，微处理器8的型号为STM32G031Y8Y6TR，两个数字温度芯片的型号为TMP117。其中TMP117在-55℃～+155℃温度范围内，精度达到±0.2℃；在+20℃～+50℃温度范围内，精度达到±0.1℃。

如图3-图5所示，为根据以上实施例制作完成的实物图，其中，本实施例采用的485芯片主要可以方便多个装置接在同一根总线上组成传感器网络，这种方式具有传输距离远、数据可靠性高的优点。

如图6所示，采用该方案制作的多个测量装置在同一杯水内的降温测试结果表明，该种传感器结构的设计方案性能具备足够的稳定性和准确性。

本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的总线型高精度高可靠性的温度测量装置，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种总线型高精度高可靠性的温度测量装置，其特征在于：带有数字式温度传感器的PCB板设置在不锈钢外壳内，所述不锈钢外壳的内部填充有不导电的导热硅脂，用于将不锈钢外壳的温度传递给数字式温度传感器；

所述PCB板上设置有两个数字式温度传感器；

两个所述数字式温度传感器经微处理器连接485芯片，所述485芯片连接屏蔽线中的信号线；

所述微处理器的型号为STM32G031Y8Y6TR，485芯片的型号为SIT3485EUA。

2.根据权利要求1所述的总线型高精度高可靠性的温度测量装置，其特征在于：所述不锈钢外壳采用防水密封胶封口，所述PCB板电气连接有屏蔽线引出不锈钢外壳。

3.根据权利要求2所述的总线型高精度高可靠性的温度测量装置，其特征在于：所述屏蔽线上安装有航空接头。

4.根据权利要求2所述的总线型高精度高可靠性的温度测量装置，其特征在于：所述不锈钢外壳为外径4mm的304不锈钢管；所述防水密封胶的材质为环氧树脂AB胶。

5.根据权利要求1所述的总线型高精度高可靠性的温度测量装置，其特征在于：两个所述数字式温度传感器芯片的型号为TMP117。

6.根据权利要求2所述的总线型高精度高可靠性的温度测量装置，其特征在于：所述屏蔽线的屏蔽层与不锈钢外壳连接。

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