專利名稱：注塑成型機中的溫度測量電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及溫度控制電路，特別涉及注塑成型機中的溫度控制電路。
在注塑成型機中，閉環(huán)溫度控制非常重要。通常料桶是分成若干段加熱的，且每段的工作溫度不一定相同。首先我們必須精確地測量出每段的溫度，然后以適當?shù)姆绞娇刂萍訜崞骷訜?，使料桶的每一段溫度達到設定的溫度。但是由于強的共模干擾和不同段熱電偶電壓信號間的相互偶合，使得精確地測量出每段溫度并非是一件容易的事。
當前，在世界范圍內已有一些用于注塑成型機的溫度控制電路，但是其中一些電路非常復雜，甚至有些電路的工作不是很穩(wěn)定可靠?？偟膩碚f，這些溫度控制電路存在以下一些缺點(a)其中一些電路用繼電器來切換多路熱電偶電壓信號，這樣做的成本很高，而且由于繼電器的工作壽命，其工作不夠可靠；(b)其中一些電路用非差分輸入放大器放大熱電偶電壓信號，所以它們不能有效地抑制強的共模干擾；(c)在一些電路中，每個熱電偶通道用一個差分輸入放大器來放大熱電偶電壓信號，然后把它們切換到一個AD轉換器，這樣做的成本很高；(d)其中一些熱電偶斷線檢測電路不是很可靠，有的根本沒有斷線檢測電路；(e)它們都用了專門的冰點補償電路，這樣增加了成本。
本實用新型就是為了解決上述現(xiàn)有技術中的各種問題而提出的。
因此，本實用新型的一個目的是提供一種新的用于注塑成型機的溫度測量電路，能夠在強干擾環(huán)境下通過熱電偶準確地測量出料桶溫度。
根據(jù)本實用新型，提供了一種溫度測量電路，包括多個熱電偶，分別與被測物體相連，通過感應被測物體的溫度而輸出與各自溫度成比例的熱電偶電壓信號；多個RC輸入濾波器，其輸入端分別連接到所述熱電偶的各輸出端，接收所述熱電偶電壓信號，并對所述熱電偶電壓信號進行濾波，以抑制熱電偶線帶進的共模干擾；一多路模擬開關，其輸入端與各個所述RC輸入濾波器的輸出端分別相連，對多路熱電偶電壓信號進行多路切換；一差分放大器，其輸入端與所述多路模擬開關的輸出端相連，對由所述多路模擬開關切換的信號進行差分放大；一模擬到數(shù)字轉換器(ADC)，其輸入端與所述差分放大器的輸出端相連，將由所述差分放大器放大的模擬信號轉換為數(shù)字信號；一50Hz／60Hz數(shù)字陷波器，其輸入端與所述ADC的輸出端相連，用于抑制強的電網(wǎng)共模干擾；一CPU，該CPU的一部分地址輸出端口連接到所述多路模擬開關，用于對所述多路模擬開關進行地址選擇，該CPU的數(shù)據(jù)輸入／輸出端口及一部分控制端口與所述ADC和50Hz／60Hz數(shù)字陷波器輸入／輸出端口互連，用于接收由ADC轉換的數(shù)字信號，并對ADC和50Hz／60Hz數(shù)字陷波器的操作進行控制。
此外，本實用新型的上述溫度測量電路還包括一個冰點補償電路，該冰點補償電路由一個電壓參考電路和所述ADC完成，所述電壓參考電路的冰點補償輸出端連接到所述ADC的一個輸入端，向所述ADC提供一個熱電偶冰點補償信號，該冰點補償信號正比于環(huán)境溫度。
此外，本實用新型的上述溫度測量電路還包括一個熱電偶斷線檢測及報警電路，該檢測及報警電路包括一個繼電器、一個第一電阻和多個第二電阻，所述繼電器的一端與電源相連，另一端與所述第一電阻的一端相連，所述第一電阻的另一端連接到所述多路模擬開關的一個共模輸出端，所述多個第二電阻的數(shù)目與所述熱電偶的數(shù)目相等，分別連接于各個熱電偶的兩個輸出端之間，通過將所述繼電器接通時引起的所述差分放大器輸入端的電壓與一閾值電壓相比較，來確定熱電偶是否斷線。并且，當有一根熱電偶線斷開時，CPU立即發(fā)出報警信號，并切斷加熱器電源。
本實用新型能夠克服強的共模干擾和熱電偶電壓信號間的耦合，精確地測量和控制料桶的溫度。其溫度測量電路非常簡單，僅由三片集成電路芯片和一些電容電阻組成(參見

圖1)。我們采用了成本很低的多路模擬開關結構。事實證明，其性能穩(wěn)定可靠。該電路包含一個熱電偶斷線檢測電路。當有一根熱電偶線斷開時，CPU立即發(fā)出報警信號，并切斷加熱器電源，保護料桶過加熱，由于用該電路能精確地測得料桶的溫度，所以借助于PID算法，能準確地控制料桶的溫度。尤其是，本實用新型采用了50z／60Hz硬件陷波器，能夠抑制強的電網(wǎng)干擾。
通過參照附圖詳細描述本實用新型的優(yōu)選實施例，本實用新型的上述目的和優(yōu)點將變得更加明白。附圖中圖1是按照本實用新型的一個優(yōu)選實施例的用于注塑成型機的溫度控制器的基本結構的方框圖；和圖2是圖1的溫度控制器中的熱電偶通道1的等效熱電偶斷線檢測電路。
參見圖1，該圖示出了本實用新型的溫度控制器的一個例子。其中溫度測量電路包括輸入濾波器、多路模擬開關、差分放大器、模擬到數(shù)字轉換器(ADC)、冰點補償電路以及熱電偶斷線報警電路。該溫度測量電路由單5V電源供電。
輸入濾波器是由RC輸入濾波器組成的，各個RC輸入濾波器與相應熱電偶通道的熱電偶相連，對熱電偶所感應的熱電偶電壓信號進行濾波，以抑制熱電偶線帶進的共模干擾。例如，如圖1所示，R1C1和R2C2是通道1的輸入濾波器；R3C3和R4C4是通道2的輸入濾波器；依次類推，R15C15和R16C16是通道8的輸入濾波器。
多路模擬開關是一個雙8選1模擬開關，它連接到RC輸入濾波器的所有輸出端，用來切換8路熱電偶電壓信號到差分放大器的輸入端。本實用新型的多路模擬開關由MAX337來實現(xiàn)，這個器件非常適合于切換差分輸入信號。CPU能夠通過邏輯地址A0、A1和A2來選擇熱電偶通道。
與現(xiàn)有技術的采用繼電器來切換多路熱電偶電壓信號的溫度測量電路相比，本發(fā)明采用了多路模擬開關(如MAX337)來切換多路熱電偶電壓信號，從而增加了系統(tǒng)的可靠性，并降低了成本。
差分放大器的輸入連接到多路模擬開關的輸出端，對由多路模擬開關切換的信號進行差分放大，并將放大后的信號輸入到模擬到ADC。
由于在本實用新型中是首先用差分模擬開關切換多路熱電偶電壓信號，然后放大它們，這樣8個熱電偶通道共用一個差分放大器，節(jié)省了成本。
ADC的輸入連接到差分放大器的輸出端，將由差分放大器放大的模擬信號轉換為數(shù)字信號。
如圖1所示，在本實用新型中選用AD7705作為差分放大器和模擬到數(shù)字轉換器(ADC)。該型片包含一個16位的AD轉換器、一個雙通道差分輸入可編程增益放大器(PGA)和一個片內低通濾波器。這個濾波器可編程為50Hz／60Hz數(shù)字陷波器，用它來抑制強的電網(wǎng)共模干擾。因此，本實用新型的差分放大器、ADC和陷波器集成于單個集成電路芯片AD7705內。因而降低了電路成本并減小電路體積。AD7705提供的是串行接口，這樣減少了在要求隔離的系統(tǒng)中所需光耦的數(shù)目。
圖1的各部分的操作由CPU來控制，CPU的一部分地址線A0、A1和A2連接到所述多路模擬開關，通過邏輯地址A0、A1和A2對所述多路模擬開關進行地址選擇，該CPU的數(shù)據(jù)輸入／輸出端口和一部分控制端口與所述ADC和50Hz／60Hz數(shù)字陷波器的輸入／輸出端口相連，用于接收由ADC轉換的數(shù)字信號，并對ADC和50Hz／60Hz數(shù)字陷波器的操作進行控制。
在圖1的溫度測量電路中，用RC輸入濾波器、差分放大器和50Hz／60Hz數(shù)字陷波器的組合來消除強的共模干擾。
圖2示出一冰點補償電路，該電路由一個電壓參考電路和ADC來完成，該電壓參考電路可由MAX872來實現(xiàn)。MAX872為ADC提供了一個2．5V的精確電壓參考，同時還提供一個作為熱電偶冰點補償?shù)恼扔诃h(huán)境溫度的電壓信號。熱電偶電壓信號連接到AD7705模擬輸入的通道1(AIN1+)，冰點補償信號連接到AD7705模擬輸入的通道2(AIN2+)。
MAX872的主要功能是提供一個2．5V的電壓參考。此外，它還提供了一個正比于它的結溫的輸出電壓。這個電壓被用來計算環(huán)境溫度，并把它作為熱電偶的冰點補償?？墒?，這一正比于環(huán)境溫度的電壓絕對值隨不同的器件有一定的離散性。為了補償這一離散誤差，我們用其對一個已知的參考溫度來進行測量，對其進行校準，并把這一校準系數(shù)存入EEPROM中。
在本實用新型中，讓AD7705工作在緩沖模式，以便我們能在其模擬輸入端加入大的去耦合電容來消除熱電偶引線帶入的任何噪聲。當AD7705工作在緩沖模式時，它的共模輸入范圍減小。為了把熱電偶的差模電壓放在合適的共模電壓上，我們把AD7705的(AIN1-)端偏置在參考電壓+2．5V上。另一方面，MAX872的溫度輸出端的輸出阻抗很高，其輸出電壓對其負載非常敏感。所以當AD7705測量這個溫度電壓時，也工作在緩沖模式上，并且(AIN2-)也偏置在參考電壓+2．5V上。
在本實用新型中，熱電偶斷線檢測是一個重要特點。圖1中的繼電器K、電阻R25、和電阻R17到電阻R24被用于熱電偶斷線檢測。圖2是圖1的溫度控制電路的熱電偶通道1的等效熱電偶斷線檢測電路，它由繼電器K、電阻25和電阻R1、R2組成。其工作原理如下(1)當熱電偶斷線，并且繼電器K接通時，下列等式成立VAD=Ron1+Ron2+R1+R2+R17Ron1+Ron2+R1+R2+R17+R25(2P5-Vref)]]>(a)取Ron1=Ron2=Ron-max=700(歐姆)，那么VAD-max=700+700+2200+2200+4700700+700+2200+2200+4700+100×103(5-2.5)=0.238(V)]]>(b)取Ron1=Ron2=Ron-min=0(歐姆)時，那么VAD-min=2200+2200+47002200+2200+4700+100×103(5-2.5)=0.2085(V)]]>(2)當熱電偶未斷線，并且繼電器K接通時，下列等式成立VAD*=Ron1+Ron2+R1+R2Ron1+Ron2+R1+R2+R25(2P5-Vref)]]>(a)取Ron1=Ron2=Ron-max=700(歐姆)，那么VAD-max*=700+700+2200+2200700+700+2200+2200+100×103(5-2.5)=0.137(V)]]>(b)取Ron1=Ron2=Ron-min=0(歐姆)，那么VAD-min*=2200+22002200+2200+100×103(5-2.5)=0.105(V)]]>因此，當繼電器K接通時，根據(jù)VAD的值，我們能容易地判斷熱電偶是否斷線。取閾值電壓Vt為Vt=VAD-min+VAD-max*2=0.2085+0.1372=0.173(V)]]>當VAD＞Vt時，熱電偶斷線；當VAD＜Vt時，熱電偶未斷線。
在進行正常的料桶溫度測量時，必須斷開繼電器K，以避免熱電偶斷線檢測電路引入的測量誤差。僅在剛啟動機器，并且在料桶是冷的情況下，才接通繼電器K，以檢測熱電偶是否斷線。因為這時熱電偶的輸出電壓為零，只有借助于熱電偶斷線檢測電路才能判斷熱電偶是否斷線。在機器啟動以后，料桶被加熱，熱電偶的輸出電壓不再是零。這時，如果檢測到熱電偶的輸出電壓為零，可以斷定熱電偶已斷線。在這種情況下，沒有必要啟動熱電偶斷線檢測電路來判斷熱電偶是否斷線。
該斷線檢測電路非常簡單，但卻很可靠。由于用了一個繼電器K，在進行正常的溫度測量時不會因為斷線檢測電路帶來任何測量誤差。
圖1中，電阻R17到R24有兩個作用。其一是當熱電偶斷線時，避免差分輸入PGA的輸入端浮空。由于差分輸入PGA的輸入阻抗很高，并且存在來自外界的干擾，在熱電偶斷線時，如果差分輸入PGA輸入端浮空，它將檢測到一個非零的電壓。電阻R17到R24的另一個作用是為電容C17提供一個放電通道。避免熱電偶斷線時，上一次測量的熱電偶電壓保持在這個電容上。
由于通過這種方法，能精確地測量出料桶的溫度，所以借助于PID算法，能準確地控制料桶的溫度。
上面已經(jīng)參照本實用新型的優(yōu)選實施例描述了本實用新型，但本領域技術人員應當理解，本實用新型不限于上面所描述的優(yōu)選實施例。本實用新型的范圍由所附的權利要求書來限定。
權利要求1．一種溫度測量電路，其特征在于，該溫度測量電路包括多個熱電偶，分別與被測溫度物體相連，通過感應被測物體的溫度而輸出與各自溫度成比例的熱電偶電壓信號；多個RC輸入濾波器，其輸入端分別連接到所述熱電偶的各輸出端，接收所述熱電偶電壓信號，并對所述熱電偶電壓信號進行濾波，以抑制熱電偶線帶進的共模干擾；一多路模擬開關，其輸入端與各個所述RC輸入濾波器的輸出端分別相連，對多路熱電偶電壓信號進行多路切換；一差分放大器，其輸入端與所述多路模擬開關的輸出端相連，對由所述多路模擬開關切換的信號進行差分放大；一模擬到數(shù)字轉換器(ADC)，其輸入端與所述差分放大器的輸出端相連，將由所述差分放大器放大的模擬信號轉換為數(shù)字信號；一50Hz／60Hz數(shù)字陷波器，其輸入端與所述ADC的輸出端相連，用于抑制強的電網(wǎng)共模干擾；一CPU，該CPU的一部分地址輸出端口連接到所述多路模擬開關，用于對所述多路模擬開關進行地址選擇，該CPU的數(shù)據(jù)輸入／輸出端口和一部分控制端口與所述ADC和50Hz／60Hz數(shù)字陷波器輸入／輸出端口相連，用于接收由ADC轉換的數(shù)字信號，并對ADC和50Hz／60Hz數(shù)字陷波器的操作進行控制。
2．如權利要求1所述的溫度測量電路，其特征在于，還包括一個冰點補償電路，該冰點補償電路由一個電壓參考電路和所述ADC完成，所述電壓參考電路的冰點補償輸出端連接到所述ADC的一個輸入端，向所述ADC提供一個熱電偶冰點補償信號，該冰點補償信號正比于環(huán)境溫度。
3．如權利要求1所述的溫度測量電路，其特征在于，還包括一個熱電偶斷線檢測及報警電路，該檢測及報警電路包括一個繼電器、一個第一電阻和多個第二電阻，所述繼電器的一端與電源相連，另一端與所述第一電阻的一端相連，所述第一電阻的另一端連接到所述多路模擬開關的一個共模輸出端，所述多個第二電阻的數(shù)目與所述熱電偶的數(shù)目相等，分別連接于各個熱電偶的兩個輸出端之間，通過將所述繼電器接通時引起的所述差分放大器輸入端的電壓與一閾值電壓相比較，來確定熱電偶是否斷線，并且，當發(fā)現(xiàn)有熱電偶線斷開時，CPU立即發(fā)出報警信號，并切斷加熱器電源。
專利摘要一種用于注塑成型機的溫度測量電路,包括:RC輸入濾波器,抑制熱電偶線帶來的共模干擾;多路模擬開關,切換多路熱電偶電壓信號;差分放大器,對從多路模擬開關輸入的信號差分放大;模擬到數(shù)字轉換器(ADC),將差分放大的模擬信號轉換為數(shù)字信號;陷波器,抑制強電網(wǎng)共模干擾;CPU,控制各器件的操作;冰點補償電路,提供熱電偶冰點補償信號;和熱電偶斷線檢測及報警電路,檢測熱電偶斷線,當發(fā)現(xiàn)熱電偶線斷開時,CPU發(fā)出報警信號,切斷加熱器電源。
文檔編號G05D23/19GK2426143SQ0020706
公開日2001年4月4日 申請日期2000年4月30日 優(yōu)先權日2000年4月30日
發(fā)明者潘邦延 申請人:西門子數(shù)控(南京)有限公司