CN2272573Y - 基于单片机的热电偶开路检测装置 - Google Patents

Abstract

一种基于单片机的热电偶开路检测装置,包含一个正极连接到单片机的一个输入/输出端口线、负极连接到热电偶检测装置信号输出端之间的二极管。实施本实用新型的基于单片机的热电偶开路检测装置,与现有技术相比,具有结构简单、便于实现、可大大提高温度测量精度等优点。

Description

基于单片机的热电偶开路检测装置

本实用新型涉及微机技术在工业自动化仪表中的应用，具体涉及传感检测元件的检测及控制技术，更具体地说，涉及一种基于单片机的热电偶开路检测装置。

工业中常用热电偶作为测温传感器，数显仪表通过检测热电耦输出的毫伏值，然后将其转换成数目字显示出来。实际应用中，热电偶元件常因高温或机械损伤而开路，为避免因热电偶开路后显示错误温度数值及可能带来的严重后果，仪表大都设有热电偶开路检测保护电路，对热电偶开路时显示特定信息并采取相应保护措施。通常的做法如图1所示，即利用热电偶正常时内阻很小而开路时内阻很大的特性，采用一阻值很大的电阻作为上拉，在热电偶正常时，由于内阻很小，对该上拉电阻的作用来说，可视为短路，因此该电阻的作用可以忽略；而热电偶开路后，由于上拉电阻的存在，仪表的输入信号被上拉到高电平，仪表检测到该电平的变化，然后显示特定信息并采取相应的保护措施。

然而，由于热电偶的内阻并不为零，而是一个视安装情况不同而会在几到几十欧姆间变化的值；上拉电阻的作用是提供数微安的电流，相对满量程为十到几十毫伏的仪表正常输入来说，这种方法可能造成几度甚至几十度的读数误差，这就降低了仪表的精确度等级，甚至会因为温度显示的误差给用户带来不应有的损失。

本实用新型的目的在于提供一种能有效检测热电偶开路而又能消除其对仪表输入回路影响的装置，利用这种热电偶开路检测装置可以克服现有技术的缺点，在通常工况下向仪表提供正确输入信号，保证温度测量的足够精度。

本实用新型的目的是这样实现的，构造一种基于单片机的热电偶开路检测装置，其特征在于包含一个正极连接到单片机的一个输入/输出端口线、负极连接到热电偶检测装置信号输出端之间的二极管。

本实用新型的基于单片机的热电偶开路检测装置，其特征还在于，所述热电偶检测装置包括：双端热电偶元件、连接在热电偶元件的一端与正电源之间的补偿元件、连接在所述热电偶元件的一端与信号地之间的电阻，信号输出端由上述热电偶元件另一端构成。

本实用新型的基于单片机的热电偶开路检测装置，其特征还在于，在所述热电偶检测装置的信号输出端与所述单片机之间还连接有前置放大及A/D转换单元。

本实用新型的基于单片机的热电偶开路检测装置，其特征还在于，所述二极管可以用具有相同电流特性的三极管中的一个PN结代替。

实施本实用新型的基于单片机的热电偶开路检测装置，与现有技术相比，具有以下明显优点：1)结构简单，本实用新型的装置只是在单片机的一个输入/输出端口线与热电偶的输入端之间连接一个二极管及相应的软件编程便可判断热电偶是否开路；2)实用，微机数显仪表通常都是定时采样输入信号的，这种方法不会给原信号采样带来不便；3)测量精确，由于卸载后，该检测装置对小信号相当于开路，仪表采样输入信号是在卸载后进行，可保证测得准确的信号数值。

结合附图和实施例，进一步说明本实用新型的特点，附图中：

图1是现有技术中热电偶开路检测装置原理图；

图2是本实用新型的基于单片机的热电偶开路检测装置的电路原理图；

图3是利用了本实用新型的基于单片机的热电偶开路检测装置的数显调节仪的面板的示意图。

在图1中，现有技术的热电偶开路检测是通过一个加载电阻9实现的，即在热电偶1的输出端与正电压之间连接一个上拉电阻9，该电阻9虽然阻值较大，但在采样仍使热电偶1有微小电流通过，由于热电偶内阻并不为零，所以对测量精度产生影响；当热电偶发生开路时，热电偶内阻变得无穷大，由于上拉电阻9的作用使热电偶1输出端被上拉为高电平，通过前置和A/D单元或其他检测电路2，使单片机4检测到该热电偶的开路。因此，现有技术采用上拉电阻虽然简单，但是对测量精度有很大影响。

在图2所示的电路中，单片机4采用MCS51系列单片机，二极管3的正极接在该单片机4的P3.1的端口线上，负极接在热电偶1的输出端上。单片机4先将P3.1置零，即卸载检测电路，然后启动A/D转换2，待转换完成，将A/D转换值读入单片机4并作相应处理，然后将P3.1置1，即加载检测电路，延时一段时间后，读取P3.1的状态，若热电偶正常，则P3.1的状态为0，单片机继续其正常的计算和控制，若热电偶开路，则P3.1的状态为1，单片机将符号″----″送至显示器显示，并根据用户要求将仪表置于手动状态或将输出信号置零。这样就完成了一个工作循环。在单片机的程序设计中，这样进行程序设计，在对热电偶信号进行采样完成后，才对检测装置进行加载，即对连接有二极管正极一端的单片机I/O端口线置为高电位，使之导通，在这样加载后一定时间后，才对热电偶检测装置中的热电偶元件是否开路进行检测，检测到热电偶元件开路后，在显示器上显示热电耦开路信息并采取相应保护措施，如果检测到热电偶元件没有开路，则将二极管卸载，即将二极管所接单片机I/O端口线置为低电平，二极管不导通，从而对热电偶检测结果没有任何影响。

在图2中没有具体给出部分方框的细节，因为这些没有给出的细节是名称为″微机数显调节器″的中国实用新型专利号94212013.2中所全部公开了的。

在图3示出的数显调节仪的面板的示意图中，可以看到该面板设有四位LED数码显示器11，用于显示测量值，报警时闪亮；控温指示灯12，该灯闪亮时，表示调节器处于自动状态；执行器开动作指示灯13；执行器关动作指示灯14；设定指示灯15；手动状态指示灯16；二位数码显示器17，用于显示执行器位置反馈信号值；四位数码显示器18，用于在自动状态下显示设定值，设定状态下显示报警限、PID参数、设定值等。图2中的键盘8包括图3中的四个按键，其中，A/M为自动手动切换键；UP为增值键；DOWN为减值键；PAR为参数设置键。

Claims (2)

1.一种基于单片机的热电耦开路检测装置，包括单片机4、热电耦检测装置以及连接在所述热电耦检测装置的信号输出端与所述单片机之间的前置放大及A/D转换单元2，其特征在于还包含一个正极连接到单片机4的一个输入/输出端口、负极连接到热电耦检测装置信号输出端之间的二极管3。

2.根据权利要求1所述的基于单片机的热电耦开路检测装置，其特征还在于，所述热电耦检测装置包括：双端热电耦元件1、连接在热电耦元件1的一端与正电源之间的补偿元件(AD590)、连接在所述热电耦元件1的一端与信号地之间的电阻(R)，信号输出端日所述热电耦元件1另一端构成。

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