專利名稱：通用型多通道溫度變送器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于儀表領(lǐng)域，尤其涉及熱工檢測(cè)儀表的一種通用型多通道溫度變送器。
目前，在我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)中使用的DDZⅡ、DDZⅢ型電動(dòng)單元組合儀表中，溫度變送器作為溫度－電信號(hào)的轉(zhuǎn)換裝置被廣泛使用。DDZⅢ型溫度變送器作為DDZⅡ型溫度變送器的改進(jìn)型，增加了非線性校正環(huán)節(jié)，并將其輸出電流由0～10mA改為4～20mA，因而使得這二種型號(hào)的溫度變送器不能互換。在DDZⅢ型溫度變送器中，其非線性校正是采用電子線路來實(shí)現(xiàn)的。然而由于折線化段數(shù)有限(4段)，使得線性化效果不佳，并且采用這種線性化的方式使得對(duì)于不同分度號(hào)的熱電偶，必須使用不同型號(hào)的溫度變送器。另外，在DDZⅡ、DDZⅢ型溫度變送器中，其冷端補(bǔ)償均采用兩點(diǎn)跟蹤式，只在二個(gè)特定點(diǎn)才具有較理想的補(bǔ)償效果。并且，這二種系列的產(chǎn)品都是單通道的，一臺(tái)儀表只能檢測(cè)一個(gè)點(diǎn)的溫度。此外，它們都不具備數(shù)字輸出的功能。由于它們的零點(diǎn)和量程會(huì)相互影響，因而調(diào)節(jié)時(shí)必須反復(fù)進(jìn)行。
在生產(chǎn)實(shí)際中，往往是多點(diǎn)測(cè)量。并且由于儀表的換型，造成在一個(gè)工廠內(nèi)同時(shí)存在Ⅱ型及Ⅲ型儀表，而現(xiàn)場(chǎng)使用的熱電偶也通常具有各種分度號(hào)。由于儀表的互換性差，使得用戶的備品種類繁多，當(dāng)應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)時(shí)，由于現(xiàn)有儀表不具備數(shù)字輸出功能，使得用戶必須采用模擬量傳輸信號(hào)。因而現(xiàn)有的溫度變送器存在線性化效果不佳、互換性差、無數(shù)字傳輸功能以及使用時(shí)調(diào)試不方便等缺點(diǎn)。
本實(shí)用新型的目的就是向用戶提供一種既能用于Ⅱ型標(biāo)準(zhǔn)，又能用于Ⅲ型標(biāo)準(zhǔn)，能適用各種分度號(hào)的熱電偶，而且具有多個(gè)獨(dú)立的通道，能提供串行數(shù)據(jù)輸出，并且調(diào)試方便的溫度變送器產(chǎn)品。
本實(shí)用新型采用多路模擬輸入一公用數(shù)字處理一多路模擬輸出的基本結(jié)構(gòu)，由輸入放大器、多路－1路模擬開關(guān)、A／D(D／A)轉(zhuǎn)換器、微計(jì)算機(jī)、顯示器、預(yù)置電路、1路－多路模擬開關(guān)、采樣保持器、V／I轉(zhuǎn)換器以及工作電源組成。多路輸入放大器的各路之間相互獨(dú)立，在其各自的輸入回路中，均串接一個(gè)供調(diào)節(jié)零點(diǎn)用的電阻電橋，每路輸入放大器均有一個(gè)放大倍數(shù)調(diào)節(jié)電位器供調(diào)節(jié)量程。此外，另設(shè)一路輸入放大器供冷端溫度傳感器使用，以便通過軟件進(jìn)行冷端補(bǔ)償。各輸入放大器的輸入端接熱電偶或熱電阻或毫伏信號(hào)(或冷端溫度傳感器)，其輸出端的多個(gè)接點(diǎn)均接到多路－1路模擬開關(guān)的輸入端，多路－1路模擬開關(guān)的輸出端與A／D(D／A)轉(zhuǎn)換器相接。A／D(D／A)轉(zhuǎn)換器將各輸入放大器送來的信號(hào)依次進(jìn)行轉(zhuǎn)換并送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，處理后的數(shù)據(jù)再由計(jì)算機(jī)依次送入A／D(D／A)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行D／A轉(zhuǎn)換，變換成相應(yīng)的模擬信號(hào)輸出。A／D(D／A)轉(zhuǎn)換器的模擬輸出端接1路－多路模擬開關(guān)的輸入端，而1路－多路模擬開關(guān)輸出端的多個(gè)接點(diǎn)分別與各采樣保持器相接，采樣保持器、V／I轉(zhuǎn)換器是多路獨(dú)立的結(jié)構(gòu)。各采樣保持器將1路－多路模擬開關(guān)送來的分時(shí)模擬信號(hào)保持成連續(xù)信號(hào)，其輸出端接相應(yīng)V／I轉(zhuǎn)換器的輸入端，由V／I轉(zhuǎn)換器將其變換成相應(yīng)的直流毫安信號(hào)輸出。
微計(jì)算機(jī)部分完成對(duì)變送器各部分之間的協(xié)調(diào)控制及數(shù)據(jù)處理。根據(jù)用戶從預(yù)置電路置入的各通道的初始化信息，在軟件的支持下，對(duì)輸入／輸出通道分時(shí)進(jìn)行輸入／輸出控制，對(duì)各通道輸入的熱電偶信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行冷端補(bǔ)償及非線性處理、表型處理、上下限處理和分度號(hào)的處理，提供模擬輸出信號(hào)及串行數(shù)據(jù)輸出。計(jì)算機(jī)部分包括單片機(jī)、EPROM、RAM及I／O接口。上述的多路－1路及1路－多路模擬開關(guān)的控制，A／D(D／A)轉(zhuǎn)換的控制，顯示器、預(yù)置電路、采樣保持器的控制以及串行數(shù)據(jù)的輸出等，都由計(jì)算機(jī)完成。其控制線、數(shù)據(jù)線均與計(jì)算機(jī)的I／O線相接。
電源是一個(gè)可以由220V·AC供電，又可以由24V·DC供電的電源，以便適應(yīng)Ⅱ型或Ⅲ型儀表的要求。它由整流濾波電路以及DC／DC變換器組成。整流濾波電路將220V·AC轉(zhuǎn)換成24V·DC，再由DC／DC變換器將24V·DC電壓轉(zhuǎn)換成變送器所需的各種工作電壓和基準(zhǔn)電壓。以及V／I轉(zhuǎn)換器的調(diào)制脈沖。外部輸入的24V·DC電壓則直接送入DC／DC變換器變換。
本實(shí)用新型的特點(diǎn)是具有通用性和多通道。只要用戶對(duì)其進(jìn)行初始化編程后，既可以當(dāng)作多臺(tái)Ⅱ型儀表使用，又可以當(dāng)作多臺(tái)Ⅲ型儀表使用，還可以同時(shí)滿足Ⅱ型和Ⅲ型儀表的使用要求，并且可滿足各種分度號(hào)的Ⅲ型儀表的使用需要。同時(shí)，調(diào)零點(diǎn)及調(diào)量程互不干擾。借助于顯示器以及軟件的支持，還具有調(diào)試操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。除了能提供多路模擬輸出外，還能提供串行數(shù)據(jù)輸出。
附

圖1為本實(shí)用新型的原理框圖附圖2為本實(shí)用新型輸入放大器原理圖(其中一路)附圖3為本實(shí)用新型熱電阻輸入時(shí)的接線圖(其中一路)附圖4為本實(shí)用新型的V／I轉(zhuǎn)換器的原理圖(其中一路)附圖5為本實(shí)用新型顯示器、予置電路的原理圖附圖6為本實(shí)用新型電源原理圖附圖7為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型的實(shí)施例(本實(shí)施例具有4個(gè)通道)如附圖1，輸入回路中包含5路在結(jié)構(gòu)上對(duì)稱且相互獨(dú)立的輸入放大器。各路放大器具有多個(gè)輸入端，按其使用的傳感器是熱電偶或熱電阻或毫伏不同，具有不同的接線方式。各路放大器的輸出端接至5路－1路模擬開關(guān)的輸入端。5路－1路模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)是由CD4051構(gòu)成，其輸入端接至輸入放大器，輸出端接A／D(D／A)轉(zhuǎn)換器。其控制線接計(jì)算機(jī)的I／O線，A／D(D／A)轉(zhuǎn)換器為多路分時(shí)共用，A／D(D／A)功能分時(shí)共用的。它由D／A轉(zhuǎn)換電路、比較電路、放大電路組成。A／D(D／A)轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端接5路－1路模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)的輸出端。其模擬輸出端接到1路－4路模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)的輸入端。其數(shù)據(jù)線和控制線接計(jì)算機(jī)的I／O線。比較電路的輸出端接計(jì)算機(jī)的外部中斷申請(qǐng)端。A／D(D／A)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換是在軟件的支持下通過逐次比較實(shí)現(xiàn)的。計(jì)算機(jī)根據(jù)是進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換還是D／A轉(zhuǎn)換來決定是否對(duì)比較器的中斷申請(qǐng)信號(hào)進(jìn)行開放。1路－4路模擬開關(guān)由CD4052組成。輸入端接A／D(D／A)轉(zhuǎn)換器，輸出端分別接至各路采樣保持器和V／I轉(zhuǎn)換器的輸入端。其控制線接計(jì)算機(jī)的I／O線。采樣保持器、V／I轉(zhuǎn)換器各有4路，各路的結(jié)構(gòu)相同且相互獨(dú)立。采樣保持器的輸入端分別接自1路－4路模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)的輸出端，而其輸出端接至各自的V／I轉(zhuǎn)換器。由V／I轉(zhuǎn)換器將各采樣保持器上保持的電壓變換成電流輸出。計(jì)算機(jī)由8031單片機(jī)及EPROM2716、RAM5101，掉電保護(hù)電路，擴(kuò)展I／O接口等組成，其I／O線除提供上述各方面使用外，還作為預(yù)置電路及顯示器的接口。串行輸出口使用了8031本身具備的串行口。在顯示器及預(yù)置電路中，顯示器使用了4位LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示，預(yù)置電路只使用3個(gè)按鍵，由軟件支持完成對(duì)本實(shí)用新型的初始化編程。電源用以提供本變送器的各種工作電壓、各種基準(zhǔn)電壓及V／I轉(zhuǎn)換器的調(diào)制脈沖。
如附圖2輸入放大器由輸入端子〔1～6〕、調(diào)零電橋〔7〕、放大器〔8〕及開關(guān)〔9〕組成。調(diào)零電橋〔7〕由電阻R1～R4及調(diào)零電位器W1組成；電阻R1的一端分別與電阻R2、開關(guān)〔9〕的一端相接；其另一端與輸入端〔3〕相接；電阻R2的另一端與電阻R3相接；開關(guān)〔9〕的另一端與輸入端〔1〕及IC1的同相輸入端相連；電阻R4的一端與輸入端〔4〕相連，其另一端與調(diào)零電位器W1及輸入端〔5〕相連；調(diào)零電位器W1的另一端則與電阻R3的另一端以及IC2的同相輸入端相連；調(diào)零電橋〔7〕串接于放大器〔8〕的輸入回路中，橋路中的節(jié)點(diǎn)〔10〕用于取出斷偶信號(hào)，節(jié)點(diǎn)〔11〕為基準(zhǔn)電壓的地，而輸入端〔6〕則與基準(zhǔn)電壓的正端相接，放大器〔8〕由運(yùn)放IC1、IC2、IC3組成差動(dòng)輸入單端輸出放大器(運(yùn)放采用LM324)，其放大倍數(shù)由連接于IC1和IC2反相輸入端之間的電位器W2調(diào)整。放大器的輸出端〔12〕接多路－1路模擬開關(guān)。
輸入端〔1～6〕與不同的傳感器相連時(shí)其接線形式也有不同。當(dāng)熱電偶及毫伏輸入時(shí)，其正、負(fù)極分別與輸入端〔1〕、〔2〕相接，輸入端〔3〕、〔4〕短接，輸入端〔5〕、〔6〕短接；當(dāng)為熱電阻輸入時(shí)，其接法如附圖3，輸入端〔1〕、〔2〕短接，輸入端〔4〕懸空，輸入端〔3〕、〔5〕接熱電阻Rt，輸入端〔6〕接饋線補(bǔ)償電阻Lt。開關(guān)〔9〕用于斷偶報(bào)警控制，合上時(shí)“向上”報(bào)警，分開時(shí)時(shí)“向下”報(bào)警。
如附圖4，V／I轉(zhuǎn)換器由運(yùn)算放大器〔14〕、晶體三極管〔15〕、脈沖變壓器〔16〕、橋式整流電路〔17〕、輸出轉(zhuǎn)換器及保護(hù)電路〔18〕構(gòu)成。運(yùn)放采用LM324芯片，其輸入端〔13〕接采樣保持器的輸出端，其輸出端接晶體管的基極，由晶體管進(jìn)行電流放大。晶體管和脈沖變壓器，及其副邊的橋式整流電路構(gòu)成一個(gè)調(diào)制解調(diào)式隔離放大器，由副邊的二極管進(jìn)行檢波后產(chǎn)生毫安信號(hào)。由〔21〕端輸出到負(fù)載，然后由〔22〕端返回構(gòu)成一個(gè)完整的回路?！?3〕端與〔24〕端提供模擬電壓輸出。脈沖變壓器的〔19、20〕端接電源的調(diào)制脈沖輸出端。
如附圖5，顯示器〔25〕使用了4位LED數(shù)碼管，預(yù)置電路〔26〕使用了3個(gè)按鍵，即狀態(tài)鍵〔27〕、加鍵〔28〕、減鍵〔29〕。其多個(gè)接點(diǎn)接至計(jì)算機(jī)的I／O線。＋VC來自電源。顯示器預(yù)置按鍵提供了人機(jī)界面，使用戶能針對(duì)自己應(yīng)用情況對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行初始化編程，其中包括通道號(hào)、傳感器分度號(hào)、表型號(hào)、上限、下限，串行輸出波特率。鍵盤顯示器監(jiān)控程序采用了狀態(tài)轉(zhuǎn)換方法，由狀態(tài)鍵〔27〕選擇各種狀態(tài)，如上述通道號(hào)、分度號(hào)等等，然后由加鍵〔28〕或減鍵〔29〕使數(shù)據(jù)加或減計(jì)數(shù)至所要求的值。除上述給出的幾種狀態(tài)外還有運(yùn)行和調(diào)試兩種狀態(tài)。運(yùn)行狀態(tài)是在初始化工作已經(jīng)完成后投入運(yùn)行的狀態(tài)，而調(diào)試狀態(tài)為用戶提供了一種方便的調(diào)試方式。在這種狀態(tài)下，顯示器顯示的數(shù)據(jù)是輸入毫伏信號(hào)所對(duì)應(yīng)的毫安值，只要某通道的分度號(hào)、表型號(hào)、上、下限等信息已被置入，則可調(diào)節(jié)該通道的調(diào)零電位器W1使顯示為零。再輸入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)毫伏信號(hào)，調(diào)節(jié)量程電位器W2。使顯示為所要求值即可。
如附圖6，電源由整流濾波電路〔30〕，DC／DC變換器〔31〕組成。其中整流濾波電路是由降壓變壓器〔32〕、整流橋〔33〕及濾波電容〔34〕組成。從〔35、36〕兩點(diǎn)輸入的220V·AC電壓，經(jīng)降壓變壓器降壓，由整流橋整流后經(jīng)電容〔34〕濾波，得到24V·DC電壓。此外，還可以從〔37、38〕二點(diǎn)以〔37〕正、〔38〕負(fù)直接輸入24V·DC電壓。這樣便解決了Ⅱ、Ⅲ型兩種場(chǎng)合下的供電兼容問題。上述兩種途徑之一所提供的24V·DC電壓。加到DC／DC變換器的輸入端。DC／DC變換器將輸入的直流電壓變換成本實(shí)用新型所需的各種工作電壓、基準(zhǔn)電壓和V／I轉(zhuǎn)換器所需的調(diào)制脈沖。
如附圖7，外殼為〔39〕，打開外殼可見到接線端子區(qū)域〔40〕、印刷電路板〔41、42、43〕、變壓器〔44〕。接線端子為4層分布，每路用一層，其中包括輸入端子、輸出端子，對(duì)應(yīng)輸入放大器的輸入端〔1～6〕，V／I轉(zhuǎn)換器的輸出端〔21～24〕，另外在〔45〕位置上有一組分別提供冷端測(cè)溫電阻Rt電源的接線端子。在〔41〕號(hào)印刷板上，包含了輸入放大器、A／D(D／A)轉(zhuǎn)換器、采樣保持器、V／I轉(zhuǎn)換器電路、在印刷板〔42〕上，包含有8031單片機(jī)、EPROM、RAM及掉電保護(hù)電路、I／O接口。顯示器位于〔46〕位置，預(yù)置鍵位于〔47〕位置。
以下說明本實(shí)用新型的使用方法步驟1.接通電源；2.按狀態(tài)鍵，使之顯示00，表示為“通道號(hào)”狀態(tài)序號(hào)，再按加鍵，使數(shù)字顯示為00、01、…，直至所要進(jìn)行初始化的某通道號(hào)；3.按狀態(tài)鍵，顯示01對(duì)應(yīng)為“分度號(hào)”狀態(tài)序號(hào)，再按加鍵，則顯示由00、01、…，依次對(duì)應(yīng)已被定義的分度號(hào)。
4.按狀態(tài)鍵，使顯示02，表示“上限”狀態(tài)序號(hào)，等等，重復(fù)上述過程，對(duì)選定通道的分度號(hào)、上、下限、表型可以都進(jìn)行置入。
5.上述信息都置入后便可進(jìn)入調(diào)試態(tài)(按狀態(tài)鍵)，該狀態(tài)序號(hào)顯示2～4秒鐘后自行消失，便可進(jìn)行調(diào)試，調(diào)W1使顯示為0，然后按分度號(hào)輸入標(biāo)準(zhǔn)毫伏信號(hào)，調(diào)W2使顯示為所對(duì)應(yīng)的毫安值。
6.按狀態(tài)鍵，轉(zhuǎn)入“通道號(hào)”狀態(tài)序號(hào)，選擇另一通道號(hào)進(jìn)行初始化。直到所有通道進(jìn)行完畢。
7.按狀態(tài)鍵，使之進(jìn)入“運(yùn)行”狀態(tài)序號(hào)，該序號(hào)顯示5秒左右后轉(zhuǎn)入“H”字樣表示啟動(dòng)運(yùn)行。
權(quán)利要求1.一種通用型多通道溫度變送器，由多個(gè)輸入放大器、多路-1路模擬開關(guān)、A/D(D/A)轉(zhuǎn)換器、1路-多路模擬開關(guān)、采樣保持器及V/I轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)、顯示器、預(yù)置電路以及工作電源構(gòu)成；輸入放大器的多個(gè)輸出端分別與多路-1路模擬開關(guān)輸入端的多個(gè)接點(diǎn)相接，多路-1路模擬開關(guān)的輸出端與A/D(D/A)轉(zhuǎn)換器相接，1路-多路模擬開關(guān)的輸出端與多個(gè)采樣保持器及V/I轉(zhuǎn)換器的輸入端相接；其特征在于a).輸入回路由多個(gè)形式相同且相互獨(dú)立的輸入放大器構(gòu)成；b).輸出回路由多個(gè)形式相同且相互獨(dú)立的采樣保持器及V/I轉(zhuǎn)換器構(gòu)成；c).多路-1路模擬開關(guān)、1路-多路模擬開關(guān)以及A/D(D/A)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換狀態(tài)，由計(jì)算機(jī)控制；其控制線均與計(jì)算機(jī)的I/O線相連；d).顯示器、預(yù)置電路的工作以及串行數(shù)據(jù)的輸出，由計(jì)算機(jī)控制實(shí)現(xiàn)，其控制線、數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)的I/O線相連；e).電源由整流濾波電路及DC/DC變換器構(gòu)成，可用220V.AC或者用24V.DC供電，它為本實(shí)用新型提供工作電壓、基準(zhǔn)電壓及V/I調(diào)制脈沖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用型多通道溫度變送器，其特征在于各輸入放大器均由輸入端〔1～6〕、調(diào)零電橋〔7〕、差分放大器〔8〕構(gòu)成；其差分放大器〔8〕由IC1、IC2、IC3及電阻構(gòu)成，調(diào)零電橋〔7〕中包含一個(gè)調(diào)零電位器W1；輸入端〔1〕接運(yùn)放IC1的同相輸入端，輸入端〔2〕、〔3〕短接后接電阻R1的一端，輸入端〔4〕接電阻R4的一端，輸入端〔5〕接電阻R4與電位器W1的連接點(diǎn)，電阻R3與電位器W1的連接點(diǎn)接運(yùn)放IC2的同相輸入端，電位器W2分別與IC1和IC2的反相輸入端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用型多通道溫度變送器，其特征在于顯示器〔25〕為4位LED數(shù)碼顯示器，預(yù)置電路〔26〕采用三個(gè)予置鍵，其分別為狀態(tài)鍵〔27〕，加鍵〔28〕，減鍵〔29〕，顯示器及予置電路的控制、數(shù)據(jù)線均與計(jì)算機(jī)的I／O線相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用型多通道溫度變送器，其特征在于電源由整流濾波電路〔30〕及DC／DC變換器〔31〕組成，整流濾波電路的輸出端接DC／DC變換器的輸入端，DC／DC變換器的輸入端還引出二個(gè)接線端子〔37、38〕，當(dāng)由24V·DC供電器，其正極接〔37〕、負(fù)極接〔38〕；DC／DC變換器的輸出端有多個(gè)，為本實(shí)用新型提供各種工作電壓、基準(zhǔn)電壓及V／I轉(zhuǎn)換器的調(diào)制脈沖。
專利摘要一種通用型多通道溫度變送器，采用單片計(jì)算機(jī)控制，具有多個(gè)獨(dú)立的輸入，輸出通道，設(shè)有串行數(shù)據(jù)輸出接口。它適用于II、III型儀表標(biāo)準(zhǔn)，可使用各種分度號(hào)的熱電偶、熱電阻或毫伏信號(hào)。用戶只需將各通道的使用條件置入本實(shí)用新型，即可使其投入運(yùn)行。本實(shí)用新型設(shè)有LED顯示器，既可顯示各通道的運(yùn)行情況，也可顯示調(diào)試數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型調(diào)整時(shí)零點(diǎn)或量程相互之間沒有影響，線性良好且無須調(diào)整。本實(shí)用新型有220V·AC和24V·DC兩個(gè)供電輸入口。
文檔編號(hào)G01K7/02GK2106365SQ91223709
公開日1992年6月3日 申請(qǐng)日期1991年8月20日 優(yōu)先權(quán)日1991年8月20日
發(fā)明者陳奚平, 肖金根 申請(qǐng)人:陳奚平, 肖金根