专利名称：一种多路热电偶信号采集测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及自动化技术领域，尤其涉及一种多路热电偶信号采集测量装置。
背景技术：
在许多传统行业中，特别是在自动化测量控制领域，温度参数的检测精度 对自动化控制过程有着重要的影响。目前，最广泛使用的温度检测元件是热电 偶，热电偶是由两种不同金属导体的结点制成的温度传感器，所产生的输出电 压与在热端和导线(冷端)之间的温差成比例，是一种把温度转换为电压的器 件，可用于测量温度等物理量，其可测量的温度范围较大。但是在温度测量过 程中，由于热电偶传感器的信号比较微弱(为毫伏级电压信号)，加之热电偶信 号的采集可能会受到工业现场的各种干扰，因此如何准确快速的采集热电偶信 号已经成为当前温度测量装置的一个关键技术之一。在被测温度变化緩慢的情 况下，可以使用多^各扫描开关配以一个高精度测温表进行多路温度测量以及数 据采集。但在温度测量点数目较多、被测温度变化较快的场合，如大量热电阻、 热电偶的自动计量检定系统以及高温灭菌箱自动验证系统中，传统的扫描式多
路温度测量系统无法满足实际应用需求。近年来，随着高精度A/D转换器件价 格的不断下降以及A/D转换器件功能的不断完善，研制成本较低的多路、快速、 高精度温度采集系统成为可能。
图1为现有技术多路热电偶信号采集系统的结构框图。在该多路热电偶信 号采集系统当中，采用了多路复用的方式，通过多路开关把多路热电偶信号分 时切换到一路共用的信号调理电路进行信号调理，经过信号调理之后的信号通 过一个模数转换器(Analog-to-Digital Converter , ADC)进行信号采集和转换 之后传送到樣i控制器(Micro Control Unit, MCU)进行相应的处理。
发明人在实现本发明的过程中，发现上述多路热电偶信号采集系统在进行 热电偶信号采集时，由于上一被测量通道的残留信号，会导致测量本通道时准 确度降低，若为了提高测量准确度就必须降低系统的采样速率，造成系统测量速度下降，因此该多路热电偶信号采集系统难以满足对热电偶信号快速准确测 量的市场竟争需求。
发明内容
鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明实施例提供了 一种多路热电偶信 号采集测量装置，以提高多路热电偶信号的测量速度和测量准确度。
为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种多路热电偶信号釆集测量装 置，包括
多路开关，用于根据预设的热电偶信号采样周期把多路热电偶信号分时切
换到同一信号调理单元；
信号调理单元，用于对所述多路开关输出的热电偶信号进行信号调理，输
出信号调理后的热电偶信号；
数据采样单元，用于对所述信号调理单元信号调理后输出的热电偶信号进 行模数转换，采样获取各路被采集的热电偶信号数据；
微控制单元，用于根据预设的热电偶信号采样周期控制所述多路开关分时 切换所述多路热电偶信号，并对所述数据采样单元采样获取的热电偶信号数据 进4亍处理；
残余信号清除单元，用于在所述数据采样单元采样所述信号调理单元输出 的热电偶信号的采样时刻前清除电路残余信号。
本发明实施例提供的一种多路热电偶信号采集测量装置，通过在数据采样 单元采样信号调理单元输出的热电偶信号的采样时刻前清除电路残余信号，减 少了多路热电偶信号之间的相互干扰，从而提高了对热电偶信号采集测量的准 确度和测量速度，易于满足对热电偶信号快速准确测量的市场竟争需求。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述 中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付 出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术多路热电偶信号采集系统的结构框5图2是本发明实施例一种多路热电偶信号采集测量装置的组成示意图； 图3是本发明实施例一种多路热电偶信号采集测量装置的电路图。
具体实施例方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造 性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图2是本发明实施例一种多路热电偶信号采集测量装置的组成示意图。该 装置主要包括多路开关20、断线检测单元21、信号调理单元22、残余信号清 除单元23、数据采样单元24、微控制单元25。下面将详细说明该装置各单元的 功能和相互之间的联系。
多路开关20，用于根据预设的热电偶信号采样周期把多路热电偶信号分时 切换到同 一信号调理单元；
具体的，多路开关20在微控制单元25的控制下，根据预设的热电偶信号 采样周期，选择多路输入的热电偶信号中的一路热电偶信号作为输出的热电偶 信号，实现多路复用。需要说明的是，所述多路开关可以为多路模拟开关或由 多个继电器组合而成的多路开关。多路开关和机械开关类似，在通道切换时也 会存在抖动现象，也即多路开关从上一通道切换到下一通道的时刻，会出现信 号瞬变的现象。
断线检测单元21,用于根据预设的断线检测周期对热电偶回路进行断线检
测；
具体的，在测量装置需要进行断线检测时，断线检测单元21根据预设的断 线检测周期对热电偶回路进行检测，判断是否断线。具体实施时，断线检测单 元21在微控制单元25的控制下，根据预设的断线检测周期对信号调理电路进 行充电，然后通过计算数据采样单元24得到的电压信号进行判断热电偶回路是 否断线，若数据采样单元24得到的电压信号很大(远大于热电偶信号)，则可 判断热电偶回路处于断线状态，否则可判断热电偶回路没有处于断线状态，用 户可以根据热电偶回路的不同状态采取相应的处理。
信号调理单元22，用于对所述多路开关20输出的热电偶信号进行信号调理，输出信号调理后的热电偶信号；
具体的，由于多路开关20输出的热电偶信号一般都比较^f效弱，为毫伏级电 压信号，并且热电偶信号的采集可能会受到工业现场的各种干扰，所以信号调 理单元22需要将所述热电偶信号进行滤波和放大等处理转换成数据采样单元24 能够识别的标准信号。具体实施时，可以采用放大电路和滤波电路来实现。
残余信号清除单元23,用于在所述数据采样单元24采样所述信号调理单元 22输出的热电偶信号的采样时刻前清除电路残余信号；
具体的，在对热电偶信号进行采集测量时，由于前一时刻釆样后的电路残 余信号会对当前时刻采样信号数据造成影响，导致釆样数据不准确，所以在对 当前热电偶信号进行采样前需要所述残余信号清除单元23清除前一采样时刻的 电路残余信号。相应的，在对热电偶回路进行断线4全测时，如果某一路存在断 线，则会在电路上产生大量的残余信号，影响其它通道信号测量数据的准确性， 因此也需要残余信号清除单元23进行残余信号清除。具体实施时，所述残余信 号清除单元23包括一开关单元230及至少一个限流电阻231，该限流电阻231 可以是其它等效限流元件。所述开关单元230与所述限流电阻231串联连接后 并联于采样电容的两端，所述限流电阻231、所述开关单元230、所述采样电容 组成一闭合回路，所述开关单元220包括一个与所述微控制单元25电连接的受 控接脚，所述微控制单元25通过所述受控接脚控制所述开关单元230在所述数 据采样单元24采样所述信号调理单元22输出的热电偶信号的采样时刻前的一 段预设时间内导通所述开关单元230,从而对采样电容及整个回路进行快速放 电，清除前一采样时刻的电路残余信号。
数据采样单元24，用于对所述信号调理单元22信号调理后输出的热电偶信 号进行模数转换，采样获取各路被采集的热电偶信号数据；
具体的，在所述残余信号清除单元23对采样电容及整个回路进行快速放电， 从而清除了前一采样时刻的电路残余信号之后，数据采样单元24对调理信号单 元22调理后输出的热电偶信号进行模数转换，采样获取各路被采集的热电偶信 号数据。具体实施时，所述数据采样单元24可以为高精度的A/D转换器。
微处理单元25，用于根据预设的热电偶信号采样周期控制所述多路开关20 分时切换所述多路热电偶信号，并对所述数据采样单元24采样获取的热电偶信 号数据进行处理；具体的，所述孩t控制单元25包括第一控制子单元250、第二控制子单元251 及第三控制子单元。其中，第一控制子单元250,用于根据预设的热电偶信号采 样周期控制所述多路开关20把多路热电偶信号输入分时切换到同 一信号调理单 元22;第二控制子单元251，用于通过开关单元220的受控脚控制所述开关单 元230在所述数据采样单元24采样所迷信号调理单元22输出的热电偶信号的 采样时刻前的一段预设时间内导通所述开关单元220。第三控制子单元252，用 于根据预设的断线检测周期控制所述断线检测单元21进行断线检测。微控制单 元25对数据采样单元24采样获取的热电偶数据进行处理得到温度测量结果。
下面将结合具体的电路对本发明实施例提供的多路热电偶信号采集测量装 置进行说明。
图3是本发明实施例一种多路热电偶信号采集测量装置的电路图。如图所 示，其中MUX为多路开关，电阻R5、 R6、 R7、 R8、三极管Ql、 Q2构成断线 才全测电路，Rl、 R2、 R3、 R4、 C2、 C3、 C4、 C5构成信号调理电路，Dl、 R9、 RIO、采样电容C1及整个回路构成残余信号的快速放电回路。热电偶信号采样 测量周期为多路开关(Multiplexer, MUX)在微控制器(Micro Control Unit, MCU)的控制下从上一测量通道切换到本次测量通道并输出热电偶信号，MCU 通过控制开关单元D1导通所述放电回路，放电回路通过限流电阻R9、 R10对 采样电容C1及整个回路进行快速放电，清除前一时刻采样的电路残余信号，然 后多路开关输出的热电偶信号经信号调理电路调理之后在充电电容Cl上产生电 压信号，A/D通过采集充电电容C1上的电压信号即可获取各路被采集的热电偶 信号数据，最后MCU对所述热电偶数据进行处理得到温度测量结果。如果多路 开关从上一测量通道切换到本次测量通道并输出热电偶信号，此时A/D对多路 开关输出的热电偶信号进行采样，则前一时刻采样后残余在采样电容C1及整个 回路上的残余信号会对本次的采样数据造成影响，导致采集得到的数据不准确。 本发明实施例提供多路热电偶信号采集测量装置，在A/D采样多路开关输出的 热电偶信号的采样时刻前，通过快速放电回路对采样电容C1及整个回路进行快 速放电，及时清除了上一采样时刻的电路残余信号，提高了装置测量数据的准 确性，并且由于放电回路的阻抗很小，可以在短时间内将采样电容C1及整个回 路上的残余信号清除，从而也提高了热电偶信号的测量速度。同样，在断线检 测的过程中，前一断线检测时刻残余的断线检测电压信号同样会对当前时刻采
8集的断线^r测信号产生影响，在A/D采样多路开关输出的热电偶信号的釆样时刻前，通过快速放电回路对采样电容C1及整个回路进行快速放电，及时将前一断线检测时刻残余的断线;险测电压信号进行清除，从而提高了测量准确度和测
量速度。
综上所述，本发明实施例提供的一种多路热电偶信号采集装置，通过在数
号，避免了前一时刻采样后的电路残余信号对当前采样时刻采样数据的干扰，减少了相邻通道间的相互干扰，从而提高了对热电偶信号采集测量的准确度和测量速度，易于满足对热电偶信号快速准确测量的市场竟争需求。
以上所揭露的仅为本发明 一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
权利要求
1、一种多路热电偶信号采集测量装置包括多路开关，用于根据预设的热电偶信号采样周期把多路热电偶信号分时切换到同一信号调理单元；信号调理单元，用于对所述多路开关输出的热电偶信号进行信号调理，输出信号调理后的热电偶信号；数据采样单元，用于对所述信号调理单元信号调理后输出的热电偶信号进行模数转换，采样获取各路被采集的热电偶信号数据；及微控制单元，用于根据预设的热电偶信号采样周期控制所述多路开关分时切换所述多路热电偶信号，并对所述数据采样单元采样获取的热电偶信号数据进行处理；其特征在于，还包括残余信号清除单元，用于在所述数据采样单元采样所述信号调理单元输出的热电偶信号的采样时刻前清除电路残余信号。
2、 如权利要求l所述的装置，其特征在于，所述残余信号清除单元包括一 开关单元及至少一个限流电阻，所述开关单元与所述限流电阻串联连接后并联 于采样电容的两端，所述限流电阻、所述开关单元、所述采样电容组成一闭合 回路，所述开关单元包括一个与所述微控制单元电连接的受控接脚，所述微控 制单元通过所述受控接脚控制所述开关单元在所述数据采样单元采样所述信号 调理单元输出的热电偶信号的采样时刻前的 一段预设时间内导通所述开关单 元。
3、 如权利要求l所述的装置，其特征在于，所述电路残余信号为所述数据 采样单元采样所述信号调理单元输出的热电偶信号的当前采样时刻的前一采样 时刻采样时残余的热电偶信号。
4、 如权利要求l所述的装置，其特征在于，所述装置还包括设置于所述多 路开关与所述信号调理单元之间的用于检测断线的断线检测单元。
5、 如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述电路残余信号为所述数据 采样单元采样所述信号调理单元输出的热电偶信号的当前采样时刻的前一采样 时刻釆样时残余的热电偶信号或前一断线检测时刻残余的断线检测电压信号。
6、 如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述微控制单元包括 第一控制子单元，用于根据预设的热电偶信号采样周期控制所述多路开关把多路热电偶信号输入分时切换到同 一信号调理单元；第二控制子单元，用于通过所述受控接脚控制所述开关单元在所述数据采 样单元采样所述信号调理单元输出的热电偶信号的采样时刻前的一段预设时间 内导通所述开关单元；第三控制子单元，用于根据预设的断线检测周期控制所述断线检测单元进 行断线;险测。
全文摘要
本发明公开了一种多路热电偶信号采集测量装置，包括多路开关、信号调理单元、数据采样单元、微控制单元、残余信号清除单元。其中残余信号清除单元，用于在所述数据采样单元采样所述信号调理单元输出的热电偶信号的采样时刻前清除电路残余信号。采用本发明提供的方案，通过在对热电偶信号进行采样之前清除电路的残余信号，避免了前一时刻采样后的电路残余信号对当前采样时刻采样数据的干扰，减少了相邻通道间的相互干扰，从而提高了对热电偶信号采集测量的准确度和测量速度，易于满足对热电偶信号快速准确测量的市场竞争需求。
文档编号G01K7/02GK101551279SQ20081024170
公开日2009年10月7日 申请日期2008年12月26日 优先权日2008年12月26日
发明者杜寒峰, 陈海峰 申请人:深圳市合信自动化技术有限公司