一種多功能可編程溫度測量裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型適用于工業(yè)控制電子測溫領域，提供了一種多功能可編程溫度測量裝置，通過采用可調恒流源及模擬開關切換，實現(xiàn)兩種模式RTD和TC溫度的測量，通過模數轉換模塊對輸入的差分信號的進行模數轉換，再把轉換值對照傳感器的溫度特性反查得到檢測的溫度值，本實用新型解決了現(xiàn)有測溫設備功能較為單一，接入的傳感器種類受限同一類型的問題，以較低的成本，實現(xiàn)可編程多功能24位高精度多通道的模擬量測量。根據程序的配置可實現(xiàn)連接各種RTD傳感器或者各種TC傳感器進行溫度測量；也可以實現(xiàn)不同的通道接入不同功能的傳感器輸入。
【專利說明】一種多功能可編程溫度測量裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于工業(yè)控制電子測溫領域，尤其涉及溫度測控的應用的一種多功能可編程溫度測量裝置。
【背景技術】
[0002]在工業(yè)生產自動控制或人們的生活中，為了保證產品質量或安全，對于模擬量:溫度、壓力、流量等一些重要參數，通常要進行自動監(jiān)測，并根據監(jiān)測結果進行相應的控制。目前PLC控制系統(tǒng)中，對于溫度的測量，有RTD測量裝置，TC測量裝置，都是功能較為單一，接入的傳感器種類也限同一類型。
實用新型內容
[0003]本實用新型所要解決的技術問題在于提供一種多功能可編程溫度測量裝置，旨在以較低的成本，實現(xiàn)可編程多功能24位高精度多通道的模擬量測量，根據程序的配置可實現(xiàn)連接各種熱電阻(RTD )傳感器或者各種熱電偶(TC)傳感器進行溫度測量。
[0004]本實用新型是這樣實現(xiàn)的，一種多功能可編程溫度測量裝置，該裝置包括:
[0005]數字電阻器、運算放大器、測量端以及模數轉換模塊，其中測量端連接測溫元件，數字電阻器的輸出端子與運算放大器的同相輸入端連接，用于調節(jié)輸出電壓或者激勵電流的大小，運算放大器的輸出端通過一模擬開關與測量端的一連接端連接；模數轉換模塊的兩電壓輸入端分別與測量端的兩個連接端連接，用于采集測量端的差分電壓；測量端的另一連接端同時連接模數轉換模塊的參考電壓正輸入端再通過一參考電阻連接參考電壓負輸入端，參考電阻上的壓降作為測量的參考電壓，所述參考電阻與參考電壓輸入端的一端接地，參考電阻的另一端與運算放大器的反相輸入端連接。
[0006]進一步地，該裝置還包括一微控制單元，通過SPI接口通信控制兩路模擬開關的斷開/閉合以及數字電阻器的輸出電壓的大小。
[0007]進一步地，測量端連接熱電阻傳感器。所述的熱電阻傳感器可以選自PT100、PT1000、Cu50、Nil0等常用2線制熱電阻傳感器、3線制熱電阻傳感器或4線制熱電阻傳感器；
[0008]本實用新型還提供了另一種應用方案，通過控制運算放大器的反相輸入端與輸出端之間模擬開關的通斷可以在熱電阻與熱電偶傳感器之間進行切換。
[0009]在另一應用中，測量端連接熱電偶傳感器。
[0010]熱電偶傳感器選自S型熱電偶傳感器、T型熱電偶傳感器、R型熱電偶傳感器、E型熱電偶傳感器、N型熱電偶傳感器、K型熱電偶傳感器或J型熱電偶傳感器。
[0011]尤其是，采用兩個模擬開關的結構，通過選擇模擬開關的斷開/閉合的方式不同可以構成兩種測量方案。
[0012]本實用新型采用的模數轉化模塊Ul具有以下功能的芯片均可實現(xiàn):具有24位轉換精度；內置可編程運放PGA功能；具有50/60HZ濾波器；具有兩組或以上的Vkef參考電壓均可實現(xiàn)。
[0013]本實用新型與現(xiàn)有技術相比，有益效果在于:本實用新型能以較低的成本，實現(xiàn)可編程多功能24位高精度多通道的模擬量測量。根據程序的配置可實現(xiàn)連接各種RTD傳感器或者各種TC傳感器進行溫度測量；也可以實現(xiàn)不同的通道接入不同功能的傳感器輸入；還可以通過硬件跳線實現(xiàn)低速高精度測量與高速測量功能的切換。
[0014]同一電路實現(xiàn)多種RTD與TC傳感器的接入，低成本多功能應用；硬件跳線方便切換高速與低速高精度模式，在低速模式下支持50/60HZ工頻電源干擾抑制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型一實施例提供的電路結構示意圖。
【具體實施方式】
[0016]為了使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0017]實施例
[0018]如圖1所示，為本實用新型實施例提供的電路結構示意圖，一種多功能可編程溫度測量裝置，該裝置包括:數字電阻器U3、運算放大器U2、測量端1、模數轉化模塊U1、單刀多擲型的第一模擬開關U4、單刀多擲型的第二模擬開關U5，其中測量端I用于連接測溫元件，數字電阻器U3的輸出端子W通過一電阻R3與運算放大器的同相輸入端連接，用于調節(jié)輸出電壓的大小，數字電阻器U3的輸出端子W通過一電容C2接地，運算放大器U2的輸出端通過第一模擬開關U4與測量端I的一連接端連接；模數轉化模塊Ul采用為24位ADC芯片，內部具有PGA (可編程增益)功能，本實施例中采用ADI公司的AD7193型號的芯片，模數轉化模塊Ul的兩電壓輸入端AIN1、AIN2分別與測量端I的兩個連接端連接，用于采集測量端的差分電壓；測量端I的另一連接端同時連接模數轉化模塊Ul的一參考電壓輸入端REF2 ( + )和通過一參考電阻Rkef連接另一參考電壓輸入端REF2 (-)，參考電阻Rkef與參考電壓輸入端REF2 (-)連接的一端接地，參考電阻Rkef的另一端與運算放大器U2的反相輸入端連接。運算放大器U2的反相輸入端與輸出端之間連接有第二模擬開關U5。該裝置還包括一微控制單元，通過SPI接口通信控制兩路模擬開關的斷開/閉合以及數字電阻器U3的輸出電壓的大小。在本實用新型的測量端可以連接熱電阻傳感器或熱電偶。
[0019]本實施例中的結構，可以實現(xiàn)兩種測量方式:
[0020]1、熱電阻傳感器RTD測量功能
[0021]調節(jié)數字電阻器U3數字電阻使之在其輸出端子W輸出測量基準電壓Vw，第二模擬開關U5開關斷開，第一模擬開關U4開關閉合，運算放大器U2與第一模擬開關U4、RTD、參考電阻Rkef組成前端調理電路；流過熱電阻傳感器RTD的激勵電流Iexc為Vw/Rkef，其上的電壓Vktd則為Rktd*Iex。；而模數轉化模塊Ul的轉換參考電壓Vkef=Rkef*Iex。，差分輸入AIN1、AIN2上的差分電壓等于熱電阻傳感器RTD上電壓，再經過AD轉換即可測得熱電阻傳感器RTD的實際電阻值，再根據熱電阻傳感器RTD的溫度特性反查到測量的溫度；在這里應用參考電阻Rkef上的壓降作為模數轉化模塊Ul的參考電壓，可以消去測量時激勵電流帶來的精度影響，最終通過標定參考電阻Rkef消除誤差；由于熱電阻傳感器RTD傳感器的不同，合適的激勵電流Iexc也不同，這里可以通過調節(jié)數字電阻器U3上的輸出電壓來實現(xiàn)，同時對于較小的電壓可以通過模數轉化模塊Ul內部的PGA進行放大，提高測量精度。本測量功能下可以接入PT100、PT1000、Cu50、NilO等常用2/3/4線制熱電阻傳感器。
[0022]2.熱電偶TC測量功能
[0023]調節(jié)數字電阻器U3使之在其輸出端子W輸出測量基準電壓Vw，第二模擬開關U5開關閉合，第一模擬開關U4開關斷開，運算放大器U2與第二模擬開關U5、熱電偶TC、參考電阻Rkef組成前端調理電路；調節(jié)數字電阻器U3輸出基準電壓Vw，經過運算放大器U2跟第二模擬開關U5的跟隨，在參考電阻Rkef上的跟隨基準電壓Vw作為熱電偶TC的偏置電壓，一般來說基準電壓Vw調節(jié)至Vkef/2 ;由于熱電偶TC輸入的差模信號電壓一般較小，可以利用內部PGA對信號進行放大，比如K型熱電偶在-200 - +1350時對應的電壓為-10 — +60mV,對于參考電壓Vkef為4.096V時，可以設定PGA=32，這樣ADC轉換處電壓為_320mV — +1.92V,大大提高測量精度；對于冷結補償利用16位數字溫度傳感器來進行溫度補償。本功能下可以接入3、1\1?3、隊1(、1型常用熱電偶。
[0024]一般來說，溫度測量是一種高精度低速率應用，本實用新型在默認情況下采用低速高精度測量模式；低速高精度模式利用模數轉化模塊U1，ADC芯片內部50/60HZ數字濾波器，可大大降低工頻電源引入的干擾，但輸出數率低，對于四通道測量，一般每秒更新各通道一次數據；但在有些應用情況比如需要進行快速PID，這樣就對裝置更新溫度的速度有一定要求，在這種應用下，本裝置還提供硬件跳線，方便用戶在不改動軟件配置的情況在兩種測量模式間切換。
[0025]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。`
【權利要求】
1.一種多功能可編程溫度測量裝置，其特征在于，該裝置包括: 數字電阻器、運算放大器、測量端以及模數轉換模塊，其中測量端連接測溫元件，數字電阻器的輸出端子與運算放大器的同相輸入端連接，用于調節(jié)輸出電壓或者激勵電流的大小，運算放大器的輸出端通過一模擬開關與測量端的一連接端連接；模數轉換模塊的兩電壓輸入端分別與測量端的兩個連接端連接，用于采集測量端的差分電壓；測量端的另一連接端同時連接模數轉換模塊的參考電壓正輸入端再通過一參考電阻連接參考電壓負輸入端，參考電阻上的壓降作為測量的參考電壓，所述參考電阻與參考電壓輸入端的一端接地，參考電阻的另一端與運算放大器的反相輸入端連接。
2.如權利要求1所述的多功能可編程溫度測量裝置，其特征在于，所述運算放大器的反相輸入端與輸出端之間連接有模擬開關。
3.如權利要求1或2所述的多功能可編程溫度測量裝置，其特征在于，該裝置還包括一微控制單元，通過SPI接口通信控制兩路模擬開關的斷開/閉合以及數字電阻器的輸出電壓的大小。
4.如權利要求2所述的多功能可編程溫度測量裝置，其特征在于，測量端連接S型熱電偶傳感器、T型熱電偶傳感器、R型熱電偶傳感器、E型熱電偶傳感器、N型熱電偶傳感器、K型熱電偶傳感器或J型熱電偶傳感器。
【文檔編號】G01K7/18GK203629707SQ201320829828
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年12月16日 優(yōu)先權日:2013年12月16日
【發(fā)明者】黃孝雄, 歐陽運升, 寧波, 池家武 申請人:上海步科自動化股份有限公司