一種船舶用排煙溫度傳感系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提出了一種船舶用排煙溫度傳感系統(tǒng)，包括：熱電偶采集單元、數(shù)據(jù)校正單元、通訊單元和排煙溫度單片機；采用熱電偶式溫度傳感器，設(shè)置于高溫采集區(qū)，并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)校正單元；數(shù)據(jù)校正單元接受來自于熱電偶采集單元的數(shù)據(jù)信號后，對其進行放大、冷端補償處理后輸出排煙溫度數(shù)據(jù)給通訊單元；所述通訊單元將該排煙溫度數(shù)據(jù)傳遞給所述排煙溫度單片機；所述排煙溫度單片機加裝在原柴油機監(jiān)控微機控制箱內(nèi)并與原監(jiān)控單片機兼容，其用于采集、顯示所述排煙溫度數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)輸入船舶計算機顯示系統(tǒng)由原機艙監(jiān)控室監(jiān)控界面進行顯示。本實用新型的技術(shù)方案可以大大降低船舶排煙溫度傳感器的損壞率和成本消耗。
【專利說明】一種船舶用排煙溫度傳感系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及船舶制造領(lǐng)域，特別是指一種船舶用排煙溫度傳感系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前中國大連機裝機比較多，每臺大連機裝配排煙溫度傳感器(PtlOO)20個。通過船舶建造出廠以來的使用經(jīng)驗看，由于原設(shè)計缺陷，傳感器損壞頻繁，特別是安裝在艙內(nèi)泵柴油機上的傳感器。就艙內(nèi)泵柴油機傳感器而言，一個新的傳感器平均壽命60天，單價1200元(大連建海采購價)，一艘船上要裝配幾十個這種傳感器，每年消耗的傳感器成本高達幾十萬元。因為傳感器損壞更換頻繁，既浪費了大量的人力、物力，給企業(yè)造成了一定的經(jīng)濟損失，又無法保證船機設(shè)備的安全?；诖?，大連機排煙溫度顯示系統(tǒng)急需進行改造。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型提出一種船舶用排煙溫度傳感系統(tǒng)，將原熱電阻式溫度傳感器全部改換成熱電偶式溫度傳感器，在不對現(xiàn)有參數(shù)系統(tǒng)做大型改動的情況下，降低了傳感器的損壞率，有效降低了生產(chǎn)成本。
[0004]本實用新型的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
[0005]一種船舶用排煙溫度傳感系統(tǒng)，其系統(tǒng)主體部分包括:
[0006]熱電偶采集單元、數(shù)據(jù)校正單元、通訊單元和排煙溫度單片機，
[0007]所述熱電偶采集單元采用熱電偶式溫度傳感器，設(shè)置于高溫采集區(qū)，并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)校正單元；
[0008]所述數(shù)據(jù)校正單元接受來自于熱電偶采集單元的數(shù)據(jù)信號后，對其進行放大、冷端補償處理后輸出排煙溫度數(shù)據(jù)給通訊單元；
[0009]所述通訊單元將該排煙溫度數(shù)據(jù)傳遞給所述排煙溫度單片機；
[0010]所述排煙溫度單片機加裝在原柴油機監(jiān)控微機控制箱內(nèi)并與原監(jiān)控單片機兼容，其用于采集、顯示所述排煙溫度數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)輸入船舶計算機顯示系統(tǒng)由原機艙監(jiān)控室監(jiān)控界面進行顯示。
[0011]作為上述技術(shù)方案的一個優(yōu)選實施方式，所述數(shù)據(jù)校正單元采用專門設(shè)計用于測量K型熱電偶的放大器——AD8497，它的信號鏈比較簡潔，不需要任何軟件編碼。
[0012]具體的，熱電偶設(shè)置于高溫采集區(qū)，采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)紸D8497。輸入到AD8497的微弱信號值經(jīng)放大、冷端補償?shù)忍幚砗筝敵鲆粋€與熱電偶測量端溫度成正比的電壓。
[0013]由于熱電偶的長引線會產(chǎn)生天線的作用，易引入干擾信號。如果任其輸入到AD8497，它可能會被整流，并表現(xiàn)為溫度波動。為了獲得較好的電路特性，本方案作了進一步改進，在數(shù)據(jù)校正單元如AD8495的輸入端之前放置一個低通濾波器，并通過一個IM Ω的電阻將熱電偶接地。此濾波器的主要目的是消除干擾信號。
[0014]AD8497利用內(nèi)部溫度傳感器測量環(huán)境溫度，從而實現(xiàn)冷端補償目的。它與冷端之間的任何溫差都會直接表現(xiàn)為溫度誤差所以必須讓熱電偶冷端盡可能靠近AD8497。[0015]為了能夠與原檢測系統(tǒng)實現(xiàn)無縫連接，本技術(shù)方案中的通訊單元優(yōu)選采用CAN通訊方式進行通訊。
[0016]進一步地，為了提高系統(tǒng)的抗干擾性，CAN通訊單元采用了獨立隔離電源，同時，采用高速光耦6N137對信號進行光電隔離。采用該方案后，系統(tǒng)的抗干擾性能大大提高。
[0017]本實用新型的船舶用排煙溫度傳感系統(tǒng)將熱電阻式溫度傳感器換為熱點偶式傳感器，使得本方案具有了熱電偶本身帶來的各種優(yōu)點，如A溫度范圍廣:從低溫到噴氣引擎廢氣，熱電偶適用于大多數(shù)實際的溫度范圍，其測量溫度范圍在-200 V至+2500 V之間；B堅固耐用:熱電偶屬于耐用器件，抗沖擊振動性好，適合于危險惡劣的環(huán)境；C響應(yīng)快:因為它們體積小，熱容量低，熱電偶對溫度變化響應(yīng)快，尤其是在感應(yīng)接合點裸露時，它們可在數(shù)百毫秒內(nèi)對溫度變化作出響應(yīng)；D無自發(fā)熱:由于熱電偶不需要激勵電源，因此不易自發(fā)熱，其本身是安全的。并通過AD8497芯片和CAN通訊電路和單獨加設(shè)的排煙溫度單片機實現(xiàn)了與原船舶的檢測系統(tǒng)和參數(shù)顯示系統(tǒng)無縫對接。并且，熱電偶式傳感器的市場單價在800元左右、平均使用壽命600天，可見，本實用新型的技術(shù)方案可以大大降低船舶排煙溫度傳感器的損壞率和成本消耗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0019]圖1為熱電偶的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為芯片AD849x引腳配置示意圖；
[0021]圖3為芯片AD8497的電路功能框圖；
[0022]圖4為熱電偶前置濾波器的電路圖；
[0023]圖5為CAN通訊單元的原理圖。
【具體實施方式】
[0024]下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0025]本實用新型的船舶用排煙溫度傳感系統(tǒng)，其系統(tǒng)主體部分包括:
[0026]熱電偶采集單元、數(shù)據(jù)校正單元、通訊單元和排煙溫度單片機，
[0027]所述熱電偶采集單元采用熱電偶式溫度傳感器，設(shè)置于高溫采集區(qū)，并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)校正單元；
[0028]所述數(shù)據(jù)校正單元接受來自于熱電偶采集單元的數(shù)據(jù)信號后，對其進行放大、冷端補償處理后輸出排煙溫度數(shù)據(jù)給通訊單元；
[0029]所述通訊單元將該排煙溫度數(shù)據(jù)傳遞給所述排煙溫度單片機；
[0030]所述排煙溫度單片機加裝在原柴油機監(jiān)控微機控制箱內(nèi)并與原監(jiān)控單片機兼容，其用于采集、顯示所述排煙溫度數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)輸入船舶計算機顯示系統(tǒng)由原機艙監(jiān)控室監(jiān)控界面進行顯示。
[0031]作為上述技術(shù)方案的一個優(yōu)選實施方式，所述數(shù)據(jù)校正單元采用專門設(shè)計用于測量K型熱電偶的放大器——AD8497，它的信號鏈比較簡潔，不需要任何軟件編碼。
[0032]具體的，熱電偶設(shè)置于高溫采集區(qū)，采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)紸D8497。輸入到AD8497的微弱信號值經(jīng)放大、冷端補償?shù)忍幚砗筝敵鲆粋€與熱電偶測量端溫度成正比的電壓。
[0033]由于熱電偶的長引線會產(chǎn)生天線的作用，易引入干擾信號。如果任其輸入到AD8497，它可能會被整流，并表現(xiàn)為溫度波動。為了獲得較好的電路特性，本方案作了進一步改進，在數(shù)據(jù)校正單元如AD8495的輸入端之前放置一個低通濾波器，并通過一個IM Ω的電阻將熱電偶接地。此濾波器的主要目的是消除干擾信號。
[0034]AD8497利用內(nèi)部溫度傳感器測量環(huán)境溫度，從而實現(xiàn)冷端補償目的。它與冷端之間的任何溫差都會直接表現(xiàn)為溫度誤差所以必須讓熱電偶冷端盡可能靠近AD8497。
[0035]為了能夠與原檢測系統(tǒng)實現(xiàn)無縫連接，本技術(shù)方案中的通訊單元優(yōu)選采用CAN通訊方式進行通訊。
[0036]進一步地，為了提高系統(tǒng)的抗干擾性，CAN通訊單元采用了獨立隔離電源，同時，采用高速光耦6N137對信號進行光電隔離。采用該方案后，系統(tǒng)的抗干擾性能大大提高。
[0037]本實用新型的船舶用排煙溫度傳感系統(tǒng)將熱電阻式溫度傳感器換為熱點偶式傳感器，使得本方案具有了熱電偶本身帶來的各種優(yōu)點，如A溫度范圍廣:從低溫到噴氣引擎廢氣，熱電偶適用于大多數(shù)實際的溫度范圍，其測量溫度范圍在-200 V至+2500 V之間；B堅固耐用:熱電偶屬于耐用器件，抗沖擊振動性好，適合于危險惡劣的環(huán)境；C響應(yīng)快:因為它們體積小，熱容量低，熱電偶對溫度變化響應(yīng)快，尤其是在感應(yīng)接合點裸露時，它們可在數(shù)百毫秒內(nèi)對溫度變化作出響應(yīng)山無自發(fā)熱:由于熱電偶不需要激勵電源，因此不易自發(fā)熱，其本身是安全的。并通過AD8497芯片和CAN通訊電路和單獨加設(shè)的排煙溫度單片機實現(xiàn)了與原船舶的檢測系統(tǒng)和參數(shù)顯示系統(tǒng)無縫對接。并且，熱電偶式傳感器的市場單價在800元左右、平均使用壽命600天，可見，本實用新型的技術(shù)方案可以大大降低船舶排煙溫度傳感器的損壞率和成本消耗。
[0038]下面分別對本實用新型的各主體部分所采用的具體元器件選擇、具體電路實施方式進行介紹:
[0039]熱電偶是一種廣泛用于溫度測量的簡單元件，目前已成為在合理精度內(nèi)高性價t匕，測量溫度范圍廣的工業(yè)標準方法，其工作原理如下:
[0040]如圖1所示，熱電偶是由在一頭相連的兩根不同金屬線組成，相連端稱為測量接合點(“熱端”)。金屬線不相連的另一頭接到信號調(diào)理電路走線，它一般由銅制成。在熱電偶金屬和銅走線之間的這一個接合點叫做參考接合點(“冷端”)。其輸出與測量端和冷端之間的溫度差成正比。
[0041]其工作原理是基于賽貝克效應(yīng)，即:如果A、B是由兩種不同成分的均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，當兩端存在溫度梯度(T，Tn)時，回路中就有電流通過，那么兩端之間就存在賽貝克電勢-熱電勢，記為EAB (Τ，Τη)。熱電勢的值與組成熱電偶的金屬材料性質(zhì)、測量端與冷端的溫度差有關(guān)，而與熱電極的長短、直徑大小無關(guān)。此不同導(dǎo)體的組合稱熱電偶，T端稱測量端，Tn稱為參考端(冷端)。通過測量ΕΑΒ(Τ，Τη)就可以根據(jù)下面這個公式計算出測量端的溫度:
[0042]T=Tn+ Δ T=Tn+ Φ (EAB (Τ, Tn))
[0043]式中T為測量端溫度，Tn為冷端溫度，EAB (T, Tn)為兩端的熱電勢。
[0044]這種熱電偶需要進行冷端溫度補償:
[0045]由于反映熱電偶所測熱源溫度的熱電勢是在其冷端溫度為0°C時測量的，即:TO=O0C，而實際應(yīng)用中熱電偶冷端溫度往往不是o°c，而是受環(huán)境影響不斷變化，這種環(huán)境溫度變化可使熱電偶的測量產(chǎn)生巨大誤差，如不進行冷端補償必將嚴重影響設(shè)備精確監(jiān)控。冷端補償?shù)囊罁?jù)是所謂的中間溫度定律[2]:熱電偶AB的測量端溫度為T，參考端溫度為TO時的熱電勢EAB (T，T0)等于AB在結(jié)點溫度分別為T，Tn和Tn，TO時的熱電勢EAB (Τ，Tn)和EAB (Τη, Τ0)的代數(shù)和。即:
[0046]EAB (T, TO) =EAB (T, Tn) +EAB (Τη, Τ0)
[0047]將熱電偶產(chǎn)生的電壓變換成精確的溫度讀數(shù)并不是件輕松的事情，原因很多:電壓信號太弱，溫度電壓關(guān)系呈非線性，需要參考接合點補償，且熱電偶可能引起接地問題等等，所以需要進行數(shù)據(jù)校正。
[0048]在本實用新型的技術(shù)方案中，所述數(shù)據(jù)校正單元可采用起到將熱電偶產(chǎn)生的電壓變換成精確溫度讀數(shù)的各種信號數(shù)據(jù)校正電路。
[0049]優(yōu)選地，本實用新型的技術(shù)方案采用專門設(shè)計用于測量K型熱電偶的放大器——AD8497，它的信號鏈比較簡潔，不需要任何軟件編碼。
[0050]AD8497芯片是AD849x系列芯片中的一種。該系列芯片分別針對不同的場合設(shè)計，溫度誤差小于±2°C的情況下，該系列芯片的特點如下表1所示:
[0051]
【權(quán)利要求】
1.一種船舶用排煙溫度傳感系統(tǒng)，其特征在于，包括: 熱電偶采集單元、數(shù)據(jù)校正單元、通訊單元和排煙溫度單片機； 所述熱電偶采集單元采用熱電偶式溫度傳感器，設(shè)置于高溫采集區(qū)，并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)校正單元； 所述數(shù)據(jù)校正單元接受來自于熱電偶采集單元的數(shù)據(jù)信號后，對其進行放大、冷端補償處理后輸出排煙溫度數(shù)據(jù)給通訊單元； 所述通訊單元將該排煙溫度數(shù)據(jù)傳遞給所述排煙溫度單片機； 所述排煙溫度單片機加裝在原柴油機監(jiān)控微機控制箱內(nèi)并與原監(jiān)控單片機兼容，其用于采集、顯示所述排煙溫度數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)輸入船舶計算機顯示系統(tǒng)由原機艙監(jiān)控室監(jiān)控界面進行顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶用排煙溫度傳感系統(tǒng)，其特征在于: 所述數(shù)據(jù)校正單元采用放大器AD8497。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的船舶用排煙溫度傳感系統(tǒng)，其特征在于: 所述AD8495的輸入端之前設(shè)置一個低通濾波器，并將熱電偶通過一個IM Ω的電阻接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的船舶用排煙溫度傳感系統(tǒng)，其特征在于: 所述通訊單元為CAN通訊單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的船舶用排煙溫度傳感系統(tǒng)，其特征在于: 所述CAN通訊單元設(shè)置有獨立隔離電源，并設(shè)置有高速光耦6N137。
【文檔編號】G01K7/04GK203824664SQ201420128278
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月20日
【發(fā)明者】黃樹圣, 吳鵬, 劉業(yè)國, 吳國輝, 孫公瑞 申請人:中交煙臺環(huán)保疏浚有限公司