恒流與電橋采樣相結(jié)合的溫度監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】恒流與電橋采樣相結(jié)合的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，它為了解決現(xiàn)有的溫度監(jiān)測系統(tǒng)采樣模式單一，易受外部信號干擾的問題。本實(shí)用新型采用恒流采樣與電橋采樣相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)對外部溫度傳感器反饋的電阻值進(jìn)行測量，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為可供信號調(diào)理電路和控制芯片進(jìn)行讀取的數(shù)字信號，當(dāng)溫度傳感器所處測量點(diǎn)溫度產(chǎn)生變化時，反饋回的阻值也會隨之變化，能夠進(jìn)行實(shí)時測量、實(shí)時監(jiān)測傳感器所處測量點(diǎn)實(shí)時溫度的目的。使用時，根據(jù)實(shí)際情況選擇恒流采樣或電橋采樣兩種采樣模式，具有采樣精度高、外部干擾小，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型適用于工業(yè)生產(chǎn)中的溫度監(jiān)測與控制。
【專利說明】恒流與電橋采樣相結(jié)合的溫度監(jiān)測系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及溫度監(jiān)測技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)生產(chǎn)中，大量加熱裝置與冷卻裝置的投運(yùn)以及相關(guān)電氣設(shè)備的有功損耗都會使自身周圍的環(huán)境溫度產(chǎn)生幅度較大的變化，環(huán)境溫度的變化會加速裝置中各種器件的老化，嚴(yán)重的會直接影響工業(yè)生產(chǎn)的正常進(jìn)行。如何保證工業(yè)生產(chǎn)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、高效的運(yùn)行已經(jīng)成為一個重大而迫切的問題。由于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，自動化程度高，過程控制復(fù)雜，同時伴隨著大量高電壓、大電流、高頻率裝置的使用，不但使自身產(chǎn)生過高的功率損耗使溫度快速上升，這些裝置運(yùn)行過程中產(chǎn)生的電磁噪聲也會對不同的控制信號產(chǎn)生干擾，影響控制系統(tǒng)的正常采樣、分析、計算、輸出，因此，需要一種抗干擾能力強(qiáng)、高精度、高穩(wěn)定性、高可靠性的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，并能同時根據(jù)監(jiān)測溫度狀態(tài)控制外部相應(yīng)的制冷或加熱裝置，把溫度控制在工業(yè)生產(chǎn)可操作、可正常工作的范圍內(nèi)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有的溫度監(jiān)測系統(tǒng)采樣模式單一，易受外部信號干擾的問題，提供一種恒流與電橋采樣相結(jié)合的溫度監(jiān)測系統(tǒng)。
[0004]本實(shí)用新型所述的恒流與電橋采樣相結(jié)合的溫度監(jiān)測系統(tǒng)包括恒流采樣電路、電橋米樣電路和?目號調(diào)理電路；
[0005]所述恒流米樣電路包括一號電阻、一號電容、二號電容、XTR115U芯片和三極管,所述的一號電阻串聯(lián)在XTRl 15U芯片的Vref弓丨腳和I in引腳之間，XTRl 15U芯片的B引腳連接三極管的基極，XTR115U芯片的E引腳連接三極管的發(fā)射極，三極管的集電極、XTR115U芯片的V+引腳以及一號電容的一端同時連接15V直流電源,所述一號電容的另一端與XTR115U芯片的1引腳同時連接二號電容的一端，該二號電容的另一端接地，一號電容與二號電容公共端用于連接溫度傳感器的一號信號輸出端；
[0006]電橋米樣電路包括二號電阻、三號電容和四號電容，所述三號電容的一端連接15V直流電源，另一端同時連接四號電容的一端和二號電阻的一端，四號電容的另一端與二號電阻的另一端接地，三號電容的兩端用于連接溫度傳感器的二號信號輸出端的一對端子；
[0007]信號調(diào)理電路包括一號放大器、二號放大器、一號接口電路、三號電阻、四號電阻、五號電阻、六號電阻和五號電容，一號接口電路的一號信號輸入端連接溫度傳感器的一號信號輸出端，一號接口電路的二號信號輸入端連接三號電容與四號電容的公共端，一號接口電路的2號引腳連接一號放大器的同相輸入端,該一號放大器的反相輸入端與輸出端同時連接三號電阻的一端，該三號電阻的另一端同時連接五號電阻的一端和二號放大器的同相輸入端，所述五號電阻的另一端接地，四號電阻的一端為參考信號輸入端，其另一端同時連接二號放大器的反相輸入端和六號電阻的一端，六號電阻的另一端與二號放大器的輸出端連接，且連接點(diǎn)作為信號調(diào)理電路的信號輸出端。
[0008]所述的恒流與電橋采樣相結(jié)合的溫度監(jiān)測系統(tǒng)還包括線性隔離電路，所述線性隔離電路的信號輸入端連接信號調(diào)理電路的信號輸出端。
[0009]本實(shí)用新型所述的恒流與電橋采樣相結(jié)合的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，能夠針對不同應(yīng)用環(huán)境在恒流采樣與電橋采樣兩種方式中選擇更適宜的方式進(jìn)行信號采集，以避免外部信號干擾，達(dá)到更高的檢測精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為實(shí)施方式一中的恒流采樣電路的電路圖；
[0011]圖2為實(shí)施方式一中的電橋采樣電路的電路圖；
[0012]圖3為實(shí)施方式一中的信號調(diào)理電路的電路圖；
[0013]圖4為實(shí)施方式二中的線性隔離電路的電路圖；
[0014]圖5為實(shí)施方式三中的數(shù)據(jù)處理電路的電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合I至圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的恒流與電橋采樣相結(jié)合的溫度監(jiān)測系統(tǒng)包括恒流采樣電路、電橋采樣電路和信號調(diào)理電路；
[0016]所述恒流采樣電路包括一號電阻RSBOl、一號電容CSBOl、二號電容CSB02、XTR115U芯片和三極管，所述的一號電阻RSBOl串聯(lián)在XTR115U芯片的Vref引腳和Iin引腳之間，XTR115U芯片的B引腳連接三極管的基極，XTR115U芯片的E引腳連接三極管的發(fā)射極，三極管的集電極、XTRl 15U芯片的V+引腳以及一號電容CSBOl的一端同時連接15V直流電源，所述一號電容CSBOl的另一端與XTR115U芯片的1引腳同時連接二號電容CSB02的一端，該二號電容CSB02的另一端接地，一號電容CSBOl與二號電容CSB02公共端用于連接溫度傳感器的一號信號輸出端；
[0017]電橋采樣電路包括二號電阻RSB02、三號電容CSB03和四號電容CSB04，所述三號電容CSB03的一端連接15V直流電源，另一端同時連接四號電容CSB04的一端和二號電阻RSB02的一端，四號電容CSB04的另一端與二號電阻RSB02的另一端接地，三號電容CSB03
的兩端用于連接溫度傳感器的二號信號輸出端的一對端子；
[0018]信號調(diào)理電路包括一號放大器0P1、二號放大器0P2、一號接口電路Headerl、S號電阻RSB03、四號電阻RSB04、五號電阻RSB05、六號電阻RSB06和五號電容CSB05，一號接口電路Headerl的一號信號輸入端連接溫度傳感器的一號信號輸出端,一號接口電路Headerl的二號信號輸入端連接三號電容CSB03與四號電容CSB04的公共端，一號接口電路Headerl的2號引腳連接一號放大器OPl的同相輸入端,該一號放大器OPl的反相輸入端與輸出端同時連接三號電阻RSB03的一端，該三號電阻RSB03的另一端同時連接五號電阻RSB05的一端和二號放大器0P2的同相輸入端,所述五號電阻RSB05的另一端接地，四號電阻RSB04的一端為參考信號輸入端,其另一端同時連接二號放大器0P2的反相輸入端和六號電阻RSB06的一端，六號電阻RSB06的另一端與二號放大器0P2的輸出端連接，且連接點(diǎn)作為信號調(diào)理電路的信號輸出端。
[0019]溫度傳感器輸出的溫度信號為電阻信號，而在溫控系統(tǒng)中，信號調(diào)理電路及后續(xù)的控制電路只能識別電壓信號而不能識別電阻信號，因此，需要將電阻信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。本實(shí)用新型所述的恒流與電橋采樣相結(jié)合的溫度監(jiān)測系統(tǒng)主要包括恒流采樣電路、電橋米樣電路和/[目號調(diào)理電路。
[0020]恒流采樣電路如圖1所示，溫度傳感器輸出的溫度信號發(fā)送至XTRl 15U芯片，該芯片產(chǎn)生輸出信號，并通過三極管對輸出信號進(jìn)行放大后，輸出至信號調(diào)理電路。恒流采樣電路將電阻信號乘以電流，得到電壓信號，將此電壓信號作為恒流采樣電路的輸出信號。將上述恒流與電橋采樣相結(jié)合的溫度監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用到溫控系統(tǒng)時，可將三極管的輸出信號做為反饋調(diào)節(jié)，最終輸出恒流信號通過傳感器做信號調(diào)理。
[0021]電橋采樣電路如圖2所示，溫度傳感器輸出的電阻信號與二號電阻RSB02串聯(lián)，通過均壓的方式輸出將電阻信號轉(zhuǎn)化為電壓信號。
[0022]恒流采樣電路與電橋采樣電路輸出的信號即為采樣信號。
[0023]信號調(diào)理電路如圖3所示，該電路包括一級電壓跟隨器與一級差分比例運(yùn)算電路，電壓跟隨器與差分比例運(yùn)算電路均為高精度運(yùn)算放大器。電壓跟隨器在電路中起到阻抗變換或緩沖的作用，而差分比例運(yùn)算電路是對采樣信號與電壓基準(zhǔn)信號進(jìn)行實(shí)際運(yùn)算。
[0024]本實(shí)施方式所述的恒流與電橋采樣相結(jié)合的溫度監(jiān)測系統(tǒng)采用恒流采樣與電橋采樣相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)對外部溫度傳感器反饋的電阻值進(jìn)行測量，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為可供信號調(diào)理電路和控制芯片進(jìn)行讀取的數(shù)字信號，當(dāng)溫度傳感器所處測量點(diǎn)溫度產(chǎn)生變化時，反饋回的阻值也會隨之變化，以達(dá)到可以進(jìn)行實(shí)時測量、實(shí)時監(jiān)測傳感器所處測量點(diǎn)實(shí)時溫度的目的。使用時，根據(jù)實(shí)際情況選擇恒流采樣或電橋采樣兩種采樣模式，可手動改變一號接口電路Headerl的接線方式來選擇,也可以通過簡單的控制芯片來自動選擇。本實(shí)施方式獨(dú)有的恒流采樣與電橋采樣相結(jié)合的雙采樣電路能夠使上述溫度監(jiān)測系統(tǒng)在不同的工作環(huán)境中進(jìn)行相應(yīng)的選擇，使上述溫度監(jiān)測系統(tǒng)具有采樣精度高、外部干擾小，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
[0025]將本實(shí)施方式所述的恒流與電橋采樣相結(jié)合的溫度監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用在溫控系統(tǒng)中，控制部分可對上述溫度監(jiān)測系統(tǒng)測得的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行計算與分析，并根據(jù)計算結(jié)果和分析結(jié)果控制外部冷卻或加熱裝置，以達(dá)到需求溫度。能夠解決控制信號易受外部電磁噪聲干擾的問題，實(shí)現(xiàn)高精度、高安全性、高可靠性的對外控制，解決了工業(yè)生中環(huán)境中溫度不可控現(xiàn)象。
[0026]【具體實(shí)施方式】二:結(jié)合圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對實(shí)施方式一所述的恒流與電橋采樣相結(jié)合的溫度監(jiān)測系統(tǒng)的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，所述的恒流與電橋采樣相結(jié)合的溫度監(jiān)測系統(tǒng)還包括線性隔離電路，所述線性隔離電路的信號輸入端連接信號調(diào)理電路的信號輸出端。
[0027]線性隔離電路可采用現(xiàn)有電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，如圖4所示。信號輸入端為二號接口芯片Header2的I號端口，該線性隔離電路使用高線性度的線性光耦HCNR201，并在信號輸入側(cè)加以濾波電路，消除信號輸入側(cè)的噪聲干擾，并使輸入與輸出隔離，以增大采樣精度。
[0028]【具體實(shí)施方式】三:結(jié)合圖5說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對實(shí)施方式一所述的恒流與電橋采樣相結(jié)合的溫度監(jiān)測系統(tǒng)的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，所述的恒流與電橋采樣相結(jié)合的溫度監(jiān)測系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)處理電路，所述數(shù)據(jù)處理電路的信號輸入端連接線性隔離電路的信號輸出端。
[0029]本實(shí)施方式中的數(shù)據(jù)處理電路能夠?qū)y得的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的計算與判斷，并將計算結(jié)果與判斷結(jié)果作為后續(xù)控制部分控制的依據(jù)，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的高精度溫控。
[0030]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式是對實(shí)施方式三所述的恒流與電橋采樣相結(jié)合的溫度監(jiān)測系統(tǒng)的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，所述的數(shù)據(jù)處理電路采用STM32F103RCT6芯片實(shí)現(xiàn)，該STM32F103RCT6芯片的信號輸入端為14至50引腳中的任意一個。
[0031]本實(shí)施方式中，標(biāo)號為14至50的引腳均可用作溫度信號輸入端。
[0032]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式是對實(shí)施方式四所述的恒流與電橋米樣相結(jié)合的溫度監(jiān)測系統(tǒng)的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，所述的STM32F103RCT6芯片的信號輸入端為14至23引腳中的任意一個。
[0033]標(biāo)號為14?23的引腳為常用的溫度信號輸入端。
[0034]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式是對實(shí)施方式一所述的恒流與電橋米樣相結(jié)合的溫度監(jiān)測系統(tǒng)的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，所述的一號放大器OPl與二號放大器0P2均采用0P213FSZ型放大芯片。
[0035]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式是對實(shí)施方式一所述的恒流與電橋米樣相結(jié)合的溫度監(jiān)測系統(tǒng)的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，所述的二號電容CSB02、三號電容CSB03和四號電容 CSB04 均為 1000uF/25V。
【權(quán)利要求】
1.恒流與電橋采樣相結(jié)合的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:它包括恒流采樣電路、電橋采樣電路和信號調(diào)理電路； 所述恒流采樣電路包括一號電阻(RSBOl)、一號電容(CSBOl)、二號電容(CSB02)、XTR115U芯片和三極管，所述的一號電阻(RSBOl)串聯(lián)在XTR115U芯片的Vref引腳和Iin引腳之間，XTRl 15U芯片的B引腳連接三極管的基極，XTRl 15U芯片的E引腳連接三極管的發(fā)射極，三極管的集電極、XTR115U芯片的V+引腳以及一號電容(CSBOl)的一端同時連接15V直流電源，所述一號電容(CSBOl)的另一端與XTR115U芯片的1引腳同時連接二號電容(CSB02)的一端，該二號電容(CSB02)的另一端接地，一號電容(CSBOl)與二號電容(CSB02)公共端用于連接溫度傳感器的一號信號輸出端； 電橋采樣電路包括二號電阻(RSB02)、三號電容(CSB03)和四號電容(CSB04)，所述三號電容(CSB03)的一端連接15V直流電源，另一端同時連接四號電容(CSB04)的一端和二號電阻(RSB02)的一端，四號電容(CSB04)的另一端與二號電阻(RSB02)的另一端接地，三號電容(CSB03)的兩端用于連接溫度傳感器的二號信號輸出端的一對端子； 信號調(diào)理電路包括一號放大器(OPl)、二號放大器(0P2)、一號接口電路(Headerl)、三號電阻(RSB03)、四號電阻(RSB04)、五號電阻(RSB05)、六號電阻(RSB06)和五號電容(CSB05),—號接口電路(Headerl)的一號信號輸入端連接溫度傳感器的一號信號輸出端，一號接口電路(Headerl)的二號信號輸入端連接三號電容(CSB03)與四號電容(CSB04)的公共端，一號接口電路(Headerl)的2號引腳連接一號放大器(OPl)的同相輸入端,該一號放大器(OPl)的反相輸入端與輸出端同時連接三號電阻(RSB03)的一端,該三號電阻(RSB03)的另一端同時連接五號電阻(RSB05)的一端和二號放大器(0P2)的同相輸入端，所述五號電阻(RSB05)的另一端接地，四號電阻(RSB04)的一端為參考信號輸入端，其另一端同時連接二號放大器(0P2)的反相輸入端和六號電阻(RSB06)的一端,六號電阻(RSB06)的另一端與二號放大器(0P2)的輸出端連接，且連接點(diǎn)作為信號調(diào)理電路的信號輸出端，一號放大器(OPl)采用15V直流電源供電，五號電容(CSB05)的一端連接該15V直流電源，另一端接地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的恒流與電橋采樣相結(jié)合的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:它還包括線性隔離電路，所述線性隔離電路的信號輸入端連接信號調(diào)理電路的信號輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的恒流與電橋采樣相結(jié)合的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:它還包括數(shù)據(jù)處理電路，所述數(shù)據(jù)處理電路的信號輸入端連接線性隔離電路的信號輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的恒流與電橋采樣相結(jié)合的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述的數(shù)據(jù)處理電路采用STM32F103RCT6芯片實(shí)現(xiàn)，該STM32F103RCT6芯片的信號輸入端為14至50引腳中的任意一個。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的恒流與電橋采樣相結(jié)合的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述的STM32F103RCT6芯片的信號輸入端為14至23引腳中的任意一個。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的恒流與電橋采樣相結(jié)合的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述的一號放大器(OPl)與二號放大器(0P2)均采用0P213FSZ型放大芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的恒流與電橋采樣相結(jié)合的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述的二號電容(CSB02)、三號電容(CSB03)和四號電容(CSB04)均為1000uF/25V。
【文檔編號】G01K7/42GK203981301SQ201420474550
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月21日
【發(fā)明者】孔繁宇, 王北南, 賈遠(yuǎn)偉, 劉金生, 楊旭, 何崇飛 申請人:哈爾濱同為電氣股份有限公司