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(shí)，反饋回的阻值也會(huì)隨之變化，能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)測量、實(shí)時(shí)監(jiān)測傳感器所處測量點(diǎn)實(shí)時(shí)溫度的目的。使用時(shí)，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(huì)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(huì)加速裝置中各種器件的老化，嚴(yán)重的會(huì)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(gè)重大而迫切的問題。由于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，自動(dòng)化程度高，過程控制復(fù)雜，同時(shí)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(huì)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(jì)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)連接三號電阻的一端，該三號電阻的另一端同時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)連接三號電阻RSB03的一端，該三號電阻RSB03的另一端同時(shí)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(shí)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(shí)，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(shí)，反饋回的阻值也會(huì)隨之變化，以達(dá)到可以進(jìn)行實(shí)時(shí)測量、實(shí)時(shí)監(jiān)測傳感器所處測量點(diǎn)實(shí)時(shí)溫度的目的。使用時(shí)，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(dòng)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(dòng)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(jì)算與分析，并根據(jù)計(jì)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(jì)算與判斷，并將計(jì)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(gè)。
[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(gè)。
[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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)連接三號電阻(RSB03)的一端,該三號電阻(RSB03)的另一端同時(shí)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(shí)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(gè)。
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(gè)。
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