具有导线电阻补偿的热电偶模块的制作方法
【专利说明】具有导线电阻补偿的热电偶模块
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2014年3月27日提交的美国临时申请序列号第61/971，207号的优先权，其全部内容通过引用合并到本文中。
技术领域
[0003]本发明涉及工业控制系统，用于工业过程的实时控制，具体地，涉及用于连接至热电偶以提供温度测量的输入/输出(I/o)模块。
【背景技术】
[0004]工业控制系统是用来控制工业过程的专用计算机系统。在所存储的控制程序的指导下，作为工业控制系统的一部分的可编程逻辑控制器从一个或更多个I/O模块中读取输入并且将输出写入一个或更多个I/O模块中。在工业过程中，输入来自于从与工业过程相关联的传感器获得的信号并且输出信号产生给致动器等的电信号。输入和输出可以是二进制的即开启或关闭，或者对于更复杂的I/o装置像电机控制器等，输入和输出可以是提供具有连续范围的值的模拟量。
[0005]—种形式的模拟I/O模块从热电偶接收输入。如本领域技术人员所理解的那样，依据塞贝克(Seebeck)效应，热电偶提供与异种金属的两个结点之间的温度差成比例的电压。为了确定在一个结点(“热结点”)处的温度，可以将第二结点(“冷结点”)保持在标准且已知的温度。然而，对于实际的装置，不是将这个冷结点保持在特定的温度，而是对这个冷结点的温度进行测量并且用于提供“冷结点补偿”，以在其中对应用到根据经验而得到的补偿表中的温度进行测量，所述补偿表可以用来对热结点的值进行校正。这些表还可以用来对热电偶的电压-温度函数中的固有非线性进行校正。
[0006]在工业过程中使用热电偶时，重要的是要确立热电偶保持连接；否则断开连接的热电偶可能被解读为错误的温度值。鉴于此，已知的是提供通过热电偶丝的小的偏置电流(如25nA)以确立连续性并且因此确立存在热电偶。塞贝克效应所提供的电压变化可能较小，所以对这个偏置电流进行选择，以使得相对于塞贝克效应电压，热电偶的电阻和由偏置电流引起的电压降较小。
[0007]然而，热电偶丝通常具有高的电阻率。此外，热电偶可以被定位在距输入模块一定距离处。因此，由于热电偶丝的电阻和偏置电流，所以沿着热电偶丝生成电压降。虽然偏置电流保持在最小值(如25nA)，但是从热电偶丝中传导的偏置电流生成的电势的大小可能足以引入温度测量的误差。因此，期望提供一种对由偏置电流所生成的电势进行补偿的控制系统。
【发明内容】
[0008]文中所公开的主题描述了用于工业控制器中的I/O模块补偿在热电偶中由偏置电流生成的电势的接口电路。在校准例行程序期间，接口电路向热电偶提供两个已知的偏置电流并且对热电偶两端由于每个偏置电流而生成的电压进行测量。使用测量的电压和已知电流值来确定热电偶导线的电阻值。当热电偶生成与测量的温度对应的电压时，使用两个已知的偏置电流提供对热电偶导线的电阻值的准确测量。I/O模块或工业控制器可以根据测量的电阻确定在操作期间由施加至热电偶的偏置电流所引起的电压，并且对在热电偶导线处测量的电压进行补偿进而准确地确定测量的温度。因此，本发明动态地测量热电偶丝的电阻以提供准确的偏移电压，偏移电压可以用于消除热电偶测量中的偏置电流的电压。
[0009]根据本发明的一个实施方式，一种与连接至工业控制器的温度传感器一起使用的接口电路包括第一端子、第二端子以及电阻测量电路。第一端子被配置成可释放地接纳温度传感器的第一导线，以及第二端子被配置成可释放地接纳温度传感器的第二导线。温度传感器是生成作为测量的温度的函数的电压的类型。电阻测量电路操作性地连接至第一端子和第二端子中的至少一个并且被配置成当温度传感器生成电压时对第一导线和第二导线的电阻进行测量。
[0010]根据本发明的另一方面，一种与工业控制器一起使用并且被配置成连接至温度传感器的模块包括第一端子、第二端子、开关以及控制器。第一端子被配置成可释放地接纳温度传感器的第一导线，以及第二端子被配置成可释放地接纳温度传感器的第二导线。温度传感器是生成作为测量的温度的函数的电压的类型。开关被配置成接收控制信号并且根据控制信号将第一偏置电流或第二偏置电流选择性地提供给第一端子或第二端子。控制器被配置成针对开关生成控制信号并且接收与存在于第一端子与第二端子之间的测量的电压对应的信号。
[0011]根据本发明的又一实施方式，公开了一种采用工业控制器的模块对温度进行测量的方法。采用具有第一导线和第二导线的温度传感器对温度进行测量，其中，第一导线连接至模块的第一端子以及第二导线连接至模块的第二端子。温度传感器生成作为温度的函数的信号电压。将第一偏置电流提供给温度传感器的第一导线，并且对第一端子与第二端子之间的第一电压进行测量。将第二偏置电流提供给温度传感器的第一导线，并且对第一端子与第二端子之间的第二电压进行测量，其中，第二偏置电流的幅度不同于第一偏置电流的幅度。第一导线和第二导线的电阻值被确定为测量的第一电压和被测的第二电压的函数，并且从信号电压减去补偿电压，其中，补偿电压与当测量温度时施加至第一端子的偏置电流乘以根据信号电压的第一导线和第二导线的电阻值的大小对应。
[0012]根据具体描述和附图，本发明的这些及其他优点和特征对于本领域内技术人员将变得显而易见。然而应当理解的是，具体描述和附图在指示本发明的优选实施方式的同时通过说明而非限制性的方式来给出。在不脱离本发明的精神的情况下在本发明的范围内可以进行许多变化和修改，并且本发明包括所有这样的修改。
【附图说明】
[0013]在附图中示出了文中所公开主题的各种示例性实施方式，其中贯穿全文相同的附图标记表示相同的部件，在附图中:
[0014]图1是根据本发明的一个实施方式的包括包含热电偶接口电路的I/O模块的控制系统的部分框图；
[0015]图2是根据本发明的一个实施方式的图1的I/O模块的热电偶接口电路的框图；
[0016]图3是根据本发明的另一实施方式的图1的I/O模块的热电偶接口电路的框图；
[0017]图4是本发明所使用的用于确定热电偶丝电阻的电压和电流的测量结果的图形表示；以及
[0018]图5是示出了通过图1的I/O模块对温度进行测量的方法的流程图。
[0019]在描述附图中所示的本发明的各实施方式时，为了清楚起见，将采用特定的术语。然而，这并不意在将本发明限于所选择的特定的术语，并且应当理解，每个特定的术语包括以类似方式进行操作以实现类似目的的所有技术等同。例如，经常使用词语“连接”、“附接”或与其类似的术语。这些词语不限于直接连接，而是包括通过其他元件的连接，其中这种连接被本领域技术人员认为是等同的。
【具体实施方式】
[0020]现在参照图1，示出了用来控制工业机器或过程的工业控制系统10的一部分。根据图示的实施方式，工业控制系统10包括具有与存储装置16进行通信的一个或更多个处理器14的工业控制器12。每个处理器14被配置成执行指令并且对存储在存储装置16中的配置参数和/或操作数据进行访问或存储。可以预期的是