一种多功能可编程温度测量装置制造方法
【专利摘要】本实用新型适用于工业控制电子测温领域，提供了一种多功能可编程温度测量装置，通过采用可调恒流源及模拟开关切换，实现两种模式RTD和TC温度的测量，通过模数转换模块对输入的差分信号的进行模数转换，再把转换值对照传感器的温度特性反查得到检测的温度值，本实用新型解决了现有测温设备功能较为单一，接入的传感器种类受限同一类型的问题，以较低的成本，实现可编程多功能24位高精度多通道的模拟量测量。根据程序的配置可实现连接各种RTD传感器或者各种TC传感器进行温度测量；也可以实现不同的通道接入不同功能的传感器输入。
【专利说明】一种多功能可编程温度测量装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于工业控制电子测温领域，尤其涉及温度测控的应用的一种多功能可编程温度测量装置。
【背景技术】
[0002]在工业生产自动控制或人们的生活中，为了保证产品质量或安全，对于模拟量:温度、压力、流量等一些重要参数，通常要进行自动监测，并根据监测结果进行相应的控制。目前PLC控制系统中，对于温度的测量，有RTD测量装置，TC测量装置，都是功能较为单一，接入的传感器种类也限同一类型。
实用新型内容
[0003]本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种多功能可编程温度测量装置，旨在以较低的成本，实现可编程多功能24位高精度多通道的模拟量测量，根据程序的配置可实现连接各种热电阻(RTD )传感器或者各种热电偶(TC)传感器进行温度测量。
[0004]本实用新型是这样实现的，一种多功能可编程温度测量装置，该装置包括:
[0005]数字电阻器、运算放大器、测量端以及模数转换模块，其中测量端连接测温元件，数字电阻器的输出端子与运算放大器的同相输入端连接，用于调节输出电压或者激励电流的大小，运算放大器的输出端通过一模拟开关与测量端的一连接端连接；模数转换模块的两电压输入端分别与测量端的两个连接端连接，用于采集测量端的差分电压；测量端的另一连接端同时连接模数转换模块的参考电压正输入端再通过一参考电阻连接参考电压负输入端，参考电阻上的压降作为测量的参考电压，所述参考电阻与参考电压输入端的一端接地，参考电阻的另一端与运算放大器的反相输入端连接。
[0006]进一步地，该装置还包括一微控制单元，通过SPI接口通信控制两路模拟开关的断开/闭合以及数字电阻器的输出电压的大小。
[0007]进一步地，测量端连接热电阻传感器。所述的热电阻传感器可以选自PT100、PT1000、Cu50、Nil0等常用2线制热电阻传感器、3线制热电阻传感器或4线制热电阻传感器；
[0008]本实用新型还提供了另一种应用方案，通过控制运算放大器的反相输入端与输出端之间模拟开关的通断可以在热电阻与热电偶传感器之间进行切换。
[0009]在另一应用中，测量端连接热电偶传感器。
[0010]热电偶传感器选自S型热电偶传感器、T型热电偶传感器、R型热电偶传感器、E型热电偶传感器、N型热电偶传感器、K型热电偶传感器或J型热电偶传感器。
[0011]尤其是，采用两个模拟开关的结构，通过选择模拟开关的断开/闭合的方式不同可以构成两种测量方案。
[0012]本实用新型采用的模数转化模块Ul具有以下功能的芯片均可实现:具有24位转换精度；内置可编程运放PGA功能；具有50/60HZ滤波器；具有两组或以上的Vkef参考电压均可实现。
[0013]本实用新型与现有技术相比，有益效果在于:本实用新型能以较低的成本，实现可编程多功能24位高精度多通道的模拟量测量。根据程序的配置可实现连接各种RTD传感器或者各种TC传感器进行温度测量；也可以实现不同的通道接入不同功能的传感器输入；还可以通过硬件跳线实现低速高精度测量与高速测量功能的切换。
[0014]同一电路实现多种RTD与TC传感器的接入，低成本多功能应用；硬件跳线方便切换高速与低速高精度模式，在低速模式下支持50/60HZ工频电源干扰抑制。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型一实施例提供的电路结构示意图。
【具体实施方式】
[0016]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0017]实施例
[0018]如图1所示，为本实用新型实施例提供的电路结构示意图，一种多功能可编程温度测量装置，该装置包括:数字电阻器U3、运算放大器U2、测量端1、模数转化模块U1、单刀多掷型的第一模拟开关U4、单刀多掷型的第二模拟开关U5，其中测量端I用于连接测温元件，数字电阻器U3的输出端子W通过一电阻R3与运算放大器的同相输入端连接，用于调节输出电压的大小，数字电阻器U3的输出端子W通过一电容C2接地，运算放大器U2的输出端通过第一模拟开关U4与测量端I的一连接端连接；模数转化模块Ul采用为24位ADC芯片，内部具有PGA (可编程增益)功能，本实施例中采用ADI公司的AD7193型号的芯片，模数转化模块Ul的两电压输入端AIN1、AIN2分别与测量端I的两个连接端连接，用于采集测量端的差分电压；测量端I的另一连接端同时连接模数转化模块Ul的一参考电压输入端REF2 ( + )和通过一参考电阻Rkef连接另一参考电压输入端REF2 (-)，参考电阻Rkef与参考电压输入端REF2 (-)连接的一端接地，参考电阻Rkef的另一端与运算放大器U2的反相输入端连接。运算放大器U2的反相输入端与输出端之间连接有第二模拟开关U5。该装置还包括一微控制单元，通过SPI接口通信控制两路模拟开关的断开/闭合以及数字电阻器U3的输出电压的大小。在本实用新型的测量端可以连接热电阻传感器或热电偶。
[0019]本实施例中的结构，可以实现两种测量方式:
[0020]1、热电阻传感器RTD测量功能
[0021]调节数字电阻器U3数字电阻使之在其输出端子W输出测量基准电压Vw，第二模拟开关U5开关断开，第一模拟开关U4开关闭合，运算放大器U2与第一模拟开关U4、RTD、参考电阻Rkef组成前端调理电路；流过热电阻传感器RTD的激励电流Iexc为Vw/Rkef，其上的电压Vktd则为Rktd*Iex。；而模数转化模块Ul的转换参考电压Vkef=Rkef*Iex。，差分输入AIN1、AIN2上的差分电压等于热电阻传感器RTD上电压，再经过AD转换即可测得热电阻传感器RTD的实际电阻值，再根据热电阻传感器RTD的温度特性反查到测量的温度；在这里应用参考电阻Rkef上的压降作为模数转化模块Ul的参考电压，可以消去测量时激励电流带来的精度影响，最终通过标定参考电阻Rkef消除误差；由于热电阻传感器RTD传感器的不同，合适的激励电流Iexc也不同，这里可以通过调节数字电阻器U3上的输出电压来实现，同时对于较小的电压可以通过模数转化模块Ul内部的PGA进行放大，提高测量精度。本测量功能下可以接入PT100、PT1000、Cu50、NilO等常用2/3/4线制热电阻传感器。
[0022]2.热电偶TC测量功能
[0023]调节数字电阻器U3使之在其输出端子W输出测量基准电压Vw，第二模拟开关U5开关闭合，第一模拟开关U4开关断开，运算放大器U2与第二模拟开关U5、热电偶TC、参考电阻Rkef组成前端调理电路；调节数字电阻器U3输出基准电压Vw，经过运算放大器U2跟第二模拟开关U5的跟随，在参考电阻Rkef上的跟随基准电压Vw作为热电偶TC的偏置电压，一般来说基准电压Vw调节至Vkef/2 ;由于热电偶TC输入的差模信号电压一般较小，可以利用内部PGA对信号进行放大，比如K型热电偶在-200 - +1350时对应的电压为-10 — +60mV,对于参考电压Vkef为4.096V时，可以设定PGA=32，这样ADC转换处电压为_320mV — +1.92V,大大提高测量精度；对于冷结补偿利用16位数字温度传感器来进行温度补偿。本功能下可以接入3、1\1?3、队1(、1型常用热电偶。
[0024]一般来说，温度测量是一种高精度低速率应用，本实用新型在默认情况下采用低速高精度测量模式；低速高精度模式利用模数转化模块U1，ADC芯片内部50/60HZ数字滤波器，可大大降低工频电源引入的干扰，但输出数率低，对于四通道测量，一般每秒更新各通道一次数据；但在有些应用情况比如需要进行快速PID，这样就对装置更新温度的速度有一定要求，在这种应用下，本装置还提供硬件跳线，方便用户在不改动软件配置的情况在两种测量模式间切换。
[0025]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。`
【权利要求】
1.一种多功能可编程温度测量装置，其特征在于，该装置包括: 数字电阻器、运算放大器、测量端以及模数转换模块，其中测量端连接测温元件，数字电阻器的输出端子与运算放大器的同相输入端连接，用于调节输出电压或者激励电流的大小，运算放大器的输出端通过一模拟开关与测量端的一连接端连接；模数转换模块的两电压输入端分别与测量端的两个连接端连接，用于采集测量端的差分电压；测量端的另一连接端同时连接模数转换模块的参考电压正输入端再通过一参考电阻连接参考电压负输入端，参考电阻上的压降作为测量的参考电压，所述参考电阻与参考电压输入端的一端接地，参考电阻的另一端与运算放大器的反相输入端连接。
2.如权利要求1所述的多功能可编程温度测量装置，其特征在于，所述运算放大器的反相输入端与输出端之间连接有模拟开关。
3.如权利要求1或2所述的多功能可编程温度测量装置，其特征在于，该装置还包括一微控制单元，通过SPI接口通信控制两路模拟开关的断开/闭合以及数字电阻器的输出电压的大小。
4.如权利要求2所述的多功能可编程温度测量装置，其特征在于，测量端连接S型热电偶传感器、T型热电偶传感器、R型热电偶传感器、E型热电偶传感器、N型热电偶传感器、K型热电偶传感器或J型热电偶传感器。
【文档编号】G01K7/18GK203629707SQ201320829828
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年12月16日 优先权日:2013年12月16日
【发明者】黄孝雄, 欧阳运升, 宁波, 池家武 申请人:上海步科自动化股份有限公司