CN217332797U - 一种热电偶信号输入回路的断线检测电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了热电偶断线检测技术领域的一种热电偶信号输入回路的断线检测电路，包括微处理器、隔离模块、第一比较器、第二比较器和模拟开关芯片，被测热电偶信号的正端通过分压电阻与模拟开关芯片连接，模拟开关芯片与第二比较器连接，第二比较器通过隔离模块与微处理器连接；被测热电偶信号的负端分别与模数转换器芯片、第一比较器连接；第一比较器与电压基准源连接。本实用新型通过微处理器、第一比较器、第二比较器和模拟开关芯片，利用电压基准源，在无恒流源的情况下，能够高效地实现现场热电偶信号输入回路的断线检测，既能简化电路缩减硬件成本，又能适配国产化热电偶测量模件，极大的保证了整个控制系统的安全性及可靠性。
Description
技术领域
本实用新型属于热电偶断线检测技术领域，具体涉及一种热电偶信号输入回路的断线检测电路。
背景技术
热电偶作为温度测量仪表中常用的测温元件，直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，最终通过采集系统转换成被测介质的温度反馈给上位机系统。热电偶测温因其具有以下优点：(1)测温准确度较高；(2)结构简单，便于维护；(3)动态响应速度快；(4)测温范围较宽；(5)信号可以远传，便于集中检测和自动控制；在火电以及化工行业得到了大量的应用。
为了保证热电偶的正常工作，需要对每个信号输入通道进行断线检测，以判断当前测量值是否正确。断线检测功能直接影响了温度测量值的品质，对整个控制系统的可靠性与稳定性至关重要。热电偶信号不同于传统的模拟量信号(4-20Ma信号)，传统的模拟量信号的断线检测可以通过测量值超出临界值去判断，而热电偶信号存在零电势差的情况，故其断线检测功能的设计具有一定的难度。
现有检测方法有的存在结构复杂、检测器件繁多的问题，有的要求ADC(模数转换器)芯片配置恒流源，而目前市面上国产ADC芯片大多没有集成恒流源，所以这种方法在国产化控制系统中具有一定的局限性。
实用新型内容
为解决现有技术中的不足，本实用新型提供一种热电偶信号输入回路的断线检测电路，能够实现热电偶信号输入回路的断线检测功能，具有电路结构简单，检测器件少，不需要配置恒流源等特点。
为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种热电偶信号输入回路的断线检测电路，包括微处理器、隔离模块、第一比较器、第二比较器和模拟开关芯片，被测热电偶信号的正端通过电阻R5和电阻R6与模拟开关芯片的输入管脚a1连接，被测热电偶信号的正端通过电阻R5与模拟开关芯片的输入管脚a2连接；模拟开关芯片的输出管脚b1与模数转换器芯片的输入正端AD+连接；模拟开关芯片的输出管脚b2与第二比较器U2的正输入端连接，第二比较器U2的输出端通过隔离模块与微处理器的管脚answer连接；被测热电偶信号的负端分别与模数转换器芯片的输入负端AD-、第一比较器U1的输出端连接；第一比较器U1的负输入端与第一比较器U1的输出端连接；第一比较器U1的输入正端与电压基准源连接；电阻R1与电阻R2串联，电阻R1与第一比较器U1的输出端连接，电阻R2接地，电阻R1与电阻R2的公共端与第二比较器U2的正输入端连接；电阻R3与电阻R4串联，电阻R3与第一比较器U1的输出端连接，电阻R4接地，电阻R3与电阻R4的公共端与第二比较器U2的负输入端连接。
进一步地，所述电压基准源的电压为2.5V。
进一步地，所述微处理器的型号为：GW2A-LV18PG484C8/I7。
进一步地，所述模拟开关芯片的型号为：SGM3005。
进一步地，所述模数转换器芯片的型号为：MS5192T。
进一步地，所述隔离模块的型号：NSI8140W0。
进一步地，模拟开关芯片的使能管脚e1通过隔离模块与微处理器的管脚select2连接；模拟开关芯片的使能管脚e2通过隔离模块与微处理器的管脚select1连接。
与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果：本实用新型通过微处理器、第一比较器、第二比较器和模拟开关芯片，利用电压基准源，在无恒流源的情况下，能够高效地实现现场热电偶信号输入回路的断线检测，既能简化电路缩减硬件成本，又能适配国产化热电偶测量模件，极大的保证了整个控制系统的安全性及可靠性。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的一种热电偶信号输入回路的断线检测电路的示意图；
图2是本实用新型实施例在断线情况下的等效电路图；
图3是本实用新型实施例在非断线情况下的等效电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
如图1所示，一种热电偶信号输入回路的断线检测电路，包括微处理器、第一比较器、第二比较器和模拟开关芯片。
被测热电偶信号的正端通过电阻R5(0.475KΩ)和电阻R6(1KΩ)与模拟开关芯片的输入管脚a1连接，被测热电偶信号的正端通过电阻R5与模拟开关芯片的输入管脚a2连接；模拟开关芯片的输出管脚b1与模数转换器(Analog-to-Digital Converter，ADC)芯片的输入正端AD+连接；模拟开关芯片的输出管脚b2与第二比较器U2的正输入端连接，第二比较器U2的输出端通过隔离模块与微处理器的管脚answer连接。
被测热电偶信号的负端分别与模数转换器芯片的输入负端AD-、第一比较器U1的输出端连接；第一比较器U1的负输入端与第一比较器U1的输出端连接；第一比较器U1的正输入端与电压基准源连接。
电阻R1(1.2KΩ)与电阻R2(1.2KΩ)串联，电阻R1与第一比较器U1的输出端连接，电阻R2接地，电阻R1与电阻R2的公共端与第二比较器U2的正输入端连接。
电阻R3(5.6KΩ)与电阻R4(7.5KΩ)串联，电阻R3与第一比较器U1的输出端连接，电阻R4接地，电阻R3与电阻R4的公共端与第二比较器U2的负输入端连接。
本实施例中，电压基准源的电压为2.5V。
本实施例中，微处理器的型号为：GW2A-LV18PG484C8/I7。
本实施例中，模拟开关芯片的型号为：SGM3005。
本实施例中，模数转换器芯片的型号为：MS5192T。
本实施例中，隔离模块的型号：NSI8140W0。
模拟开关芯片的使能管脚e1通过隔离模块与微处理器的管脚select2连接；模拟开关芯片的使能管脚e2通过隔离模块与微处理器的管脚select1连接。
本实施例中，第一比较器U1的正输入端连接2.5V的电压基准源，一般热电偶测量模件内部都设计有电压基准源；第一比较器U1的负输入端与第一比较器U1的输出端相连，增强驱动能力。
如图1所示，热电偶信号在正常采集模式时流程如下：微处理器发出sclect1信号(sclect1信号仅是一个选择信号为高电平，用来触发模拟开关的某一通道)，模拟开关芯片的管脚a1与b1导通，被测热电偶信号输入到模数转换器芯片的输入端，由模数转换器芯片采集数据并传给微处理器。
当热电偶信号进行断线检测模式时流程如下：微处理器发出sclect2信号，模拟开关芯片的管脚a2与b2导通，通过比较第二比较器U2两个输入端的电压来判断是否断线，如图1所示，第二比较器U2的负输入端的电压值是固定的，由电阻R3与电阻R4分压决定。而第二比较器U2的正输入端的电压则是由现场热电偶信号是否断线所决定的，当现场热电偶信号断线时，等效电路如图2所示，U2的正输入端的电压即测点1的电压，由电阻R1与电阻R2分压决定；当现场热电偶信号非断线时，等效电路如图3所示，第二比较器U2的正输入端的电压即测点1的电压，由电阻R1、电阻R2、电阻R5以及热电偶内阻决定。
以下分两种情况对断线检测电路进行实例分析。
设定电压基准为2.5V，R1＝R2＝1.2K欧姆，R3＝5.6K，R4＝7.5K，R5＝0.475K；上文已经分析了第二比较器U2的负输入端即测点2的电压值是固定值为：(2.5/(R3+R4))*R4＝1.43V。
(1)当现场热电偶信号断线时，等效电路如图2所示，第二比较器U2的正输入端的电压即测点1的电压值为：(2.5/(R1+R2))*R2＝1.25V，第二比较器U2的正输入端的电压1.25V小于U2的负输入端即测点2的电压1.43V，所以第二比较器U2输出低电平信号，表示回路处于断线状态。
(2)当现场热电偶信号非断线时，等效电路如图3所示，第二比较器U2的正输入端的电压即测点1的电压值为：
由于热电偶的内阻R通常很小，一般不超过100欧姆，所以U2的正输入端的电压不低于1.88V，大于U2的负输入端即测点2的电压1.43V，所以U2输出高电平信号，表示回路没有断线。
本实用新型通过微处理器、第一比较器、第二比较器和模拟开关芯片，利用电压基准源，在无恒流源的情况下，能够高效地实现现场热电偶信号输入回路的断线检测，既能简化电路缩减硬件成本，又能适配国产化热电偶测量模件，极大的保证了整个控制系统的安全性及可靠性。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (7)
1.一种热电偶信号输入回路的断线检测电路，其特征在于，包括微处理器、隔离模块、第一比较器U1、第二比较器U2和模拟开关芯片，
被测热电偶信号的正端通过电阻R5和电阻R6与模拟开关芯片的输入管脚a1连接，被测热电偶信号的正端通过电阻R5与模拟开关芯片的输入管脚a2连接；模拟开关芯片的输出管脚b1与模数转换器芯片的输入正端AD+连接；模拟开关芯片的输出管脚b2与第二比较器U2的正输入端连接，第二比较器U2的输出端通过隔离模块与微处理器的管脚answer连接；
被测热电偶信号的负端分别与模数转换器芯片的输入负端AD-、第一比较器U1的输出端连接；第一比较器U1的负输入端与第一比较器U1的输出端连接；第一比较器U1的输入正端与电压基准源连接；
电阻R1与电阻R2串联，电阻R1与第一比较器U1的输出端连接，电阻R2接地，电阻R1与电阻R2的公共端与第二比较器U2的正输入端连接；
电阻R3与电阻R4串联，电阻R3与第一比较器U1的输出端连接，电阻R4接地，电阻R3与电阻R4的公共端与第二比较器U2的负输入端连接。
2.根据权利要求1所述的热电偶信号输入回路的断线检测电路，其特征在于，所述电压基准源的电压为2.5V。
3.根据权利要求1所述的热电偶信号输入回路的断线检测电路，其特征在于，所述微处理器的型号为：GW2A-LV18PG484C8/I7。
4.根据权利要求1所述的热电偶信号输入回路的断线检测电路，其特征在于，所述模拟开关芯片的型号为：SGM3005。
5.根据权利要求1所述的热电偶信号输入回路的断线检测电路，其特征在于，所述模数转换器芯片的型号为：MS5192T。
6.根据权利要求1所述的热电偶信号输入回路的断线检测电路，其特征在于，所述隔离模块的型号：NSI8140W0。
7.根据权利要求1所述的热电偶信号输入回路的断线检测电路，其特征在于，模拟开关芯片的使能管脚e1通过隔离模块与微处理器的管脚select2连接；模拟开关芯片的使能管脚e2通过隔离模块与微处理器的管脚select1连接。
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2022
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