多通道热电偶测量电路及测量装置的制作方法

1.本实用新型涉及控制器技术领域，特别是涉及一种多通道热电偶测量电路及测量装置。


背景技术：

2.热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过采集系统转换成被测介质的温度。在温度测量中，热电偶的应用极为广泛，它具有结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小和输出信号便于远传等许多优点，被广泛应用在不同的测温场合。
3.目前的热电偶测温是通过对热电偶的感温热电势测量，通过二次仪表计算得出温度值对二次仪表的设计参数，抗干扰措施提出很高的要求，否则就难以实现精确测量。尤其是多通道热电偶采集系统，因各通道所处物理位置不同而对应的环境温度不同、临近热源不同而引起的受热不均等等而影响到的环境温度补偿误差，均未见精细化处理。使冷端补偿存不稳定性，存在误差，极容易受到外界环境等因素的影响。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种测量精度高的多通道热电偶测量电路及测量装置。
5.本技术第一方面，提供了一种多通道热电偶测量电路，包括：
6.采集电路，用于采集热电偶的感温热电动势信号，并对所述感温热电动势信号进行预处理；
7.冷端补偿电路，用于生成冷端补偿信号；
8.数据处理电路，与所述采集电路及所述冷端补偿电路相连接，用于基于预处理后的感温热电动势信号及所述冷端补偿信号得到温度信息。
9.在其中一个实施例中，所述采集电路包括：
10.预处理电路，所述预处理电路与所述热电偶连接，用于对所述感温热电动势信号进行预处理；
11.偏置电路，所述偏置电路与所述预处理电路连接，用于产生负电压，并将预处理后的所述感温热电动势信号偏置到负电位上；
12.滤波电路，所述滤波电路与所述偏置电路连接，用于对偏置后的所述感温热电动势信号进行滤除噪声处理；
13.放大电路，所述放大电路与所述滤波电路连接，用于将滤波后的所述热电动势信号进行放大。
14.在其中一个实施例中，所述冷端补偿电路包括：
15.恒流源电路，所述恒流源电路用于提供恒定电流；
16.多路复用电路，所述多路复用电路的输入端与所述恒流源电路的输出端连接，所
述多路复用电路用于输出若干路适用于不同型号热电偶冷端的补偿信号。
17.在其中一个实施例中，所述多路复用电路包括：第一多路复用器、精密电阻、若干个铂电阻和第二多路复用器；其中，
18.所述第一多路复用器的输入端与所述恒流源的输出端连接，所述第一多路复用器的输出端连接所述精密电阻和所述若干个铂电阻，用于将所述恒定电流注入到所述精密电阻和所述若干个铂电阻中；
19.所述精密电阻的输出端与所述第二多路复用器相连接，用于输出所述恒定电流的参考电压信号；
20.若干个所述铂电阻的输出端与第二多路复用器输入端连接，用于输出若干路适用于不同型号热电偶冷端补偿的环境电压信号；
21.所述第二多路复用器用于基于所述参考电压信号与若干路所述环境电压信号得到补偿信号，并将所述补偿信号传输给所述数据处理电路。
22.在其中一个实施例中，所述多路复用电路还包括：
23.电压跟随器，所述电压跟随器与所述第二多路复用器连接，用于补偿所述补偿信号在传输过程中的损耗。
24.在其中一个实施例中，所述数据处理电路包括：
25.a/d转换电路，所述a/d转换电路与所述放大电路和所述电压跟随器连接，用于将所述热电动势信号和所述补偿信号转换成数字信号；
26.中央处理电路，所述中央处理电路与所述a/d转换电路连接，用于将所述数字信号处理为所述温度信息；
27.通信电路，所述通信电路与所述中央处理电路连接，用于发送所述温度信息。
28.在其中一个实施例中，所述数据处理电路还包括：
29.复位电路，所述复位电路与所述中央处理电路连接，用于提供复位信号。
30.在其中一个实施例中，所述采集电路及所述冷端补偿电路均位于采集侧，所述数据处理电路位于通信侧；所述多通道热电偶测量电路还包括：
31.隔离电源电路，所述隔离电源电路与所述采集侧及所述通信侧连接，用于将所述采集侧与所述通信侧隔离，并分别为所述采集侧及所述通信侧进行供电。
32.在其中一个实施例中，所述隔离电源电路包括：
33.变压器，用于根据电源电压输出多路输出电压，以将所述采集侧和所述通信侧电气隔离；
34.多个半波整流器，多个所述半波整流器的输入端分别与所述变压器的输出端一一对应连接，用于对所述变压器输出的多路输出电压进行整流；
35.多个线性稳压器，多个所述线性稳压器的输入端分别与所述半波整流器的输出端一一对应连接，用于产生多路供电电压，以分别为所述采集侧及所述通信侧进行供电。
36.第二方面，提供了一种测量装置，包括上述任意的多通道热电偶测量电路。
37.上述多通道热电偶测量电路及测量装置，通过采集电路采集热电偶的感温热电动势信号，并对所述感温热电动势信号进行预处理；冷端补偿电路生成冷端补偿信号；数据处理电路与所述采集电路及所述冷端补偿电路相连接，用于基于预处理后的感温热电动势信号及所述冷端补偿信号得到温度信息。本技术通过采集电路采集热电偶的感温热电动势信
号，并对采集的感温热电动势信号进行预处理，减少外部因素对感温热电动势信号的干扰，提高动态范围和测量精度。进而使数据处理电路根据冷端补偿电路生成冷端的补偿信号及预处理后的感温热电动势信号得到温度信息误差小，测量精度高，不受外界环境因素的影响。
附图说明
38.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统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技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
39.图1为一个实施例中多通道热电偶测量电路的结构框图；
40.图2为一个实施例中采集电路的电路图；
41.图3为一个实施例中冷端补偿电路的电路图；
42.图4为一个实施例中数据处理电路的电路图；
43.图5为一个实施例中隔离电源电路的电路图。
44.附图标号说明：1、采集电路；2、冷端补偿电路；3、数据处理电路；11、预处理电路；12、偏置电路；13、滤波电路；14、放大电路；21、恒流源电路； 22、多路复用电路；31、a/d转换电路；32、中央处理电路；33、通信电路； 34、复位电路；41、变压器；42、多个半波整流器；431、线性稳压器；432、线性稳压器；433、线性稳压器；434、线性稳压器；435、线性稳压器。
具体实施方式
45.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本技术的公开内容更加透彻全面。
46.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
47.可以理解，本技术所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本技术的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。
48.可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
49.在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
50.在本技术的一个实施例中，提供了一种多通道热电偶测量电路，包括：采集电路1，
用于采集热电偶的感温热电动势信号，并对感温热电动势信号进行预处理；冷端补偿电路2，用于生成冷端补偿信号；数据处理电路3，与采集电路 1及冷端补偿电路2相连接，用于基于预处理后的感温热电动势信号及冷端补偿信号得到温度信息。
51.具体地，多通道热电偶测量电路的采集电路1采集热电偶的感温热电动势信号，并对采集的感温热电动势信号进行预处理。多通道热电偶测量电路的冷端补偿电路2生成冷端的补偿信号。基于数据处理电路3连接采集电路1及冷端补偿电路2，数据处理电路3接收采集电路1预处理后的感温热电动势信号及冷端补偿电路2生成冷端的补偿信号，并根据预处理后的感温热电动势信号及冷端补偿信号得到温度信息。
52.在本实施例中，通过采集电路1采集热电偶的感温热电动势信号，并对采集的感温热电动势信号进行预处理，减少外部因素对感温热电动势信号的干扰，提高动态范围和测量精度。进而使数据处理电路3根据冷端补偿电路2生成冷端的补偿信号及预处理后的感温热电动势信号得到温度信息误差小，测量精度高，不受外界环境因素的影响。
53.如图1所示，在其中一个实施例中，采集电路1包括：预处理电路11，预处理电路11与热电偶连接，用于对感温热电动势信号进行预处理；偏置电路12，偏置电路12与预处理电路11连接，用于产生负电压，并将预处理后的感温热电动势信号偏置到负电位上；滤波电路13，滤波电路13与偏置电路12连接，用于对偏置后的感温热电动势信号进行滤除噪声处理；放大电路14，放大电路 14与滤波电路13连接，用于将滤波后的热电动势信号进行放大。
54.具体地，如图2所示，预处理电路11包括稳压二极管d1、电容c12和电容c8，其中，稳压二极管d1连接热电偶输出端，可防止接入瞬态高电压对后续电路造成损坏，起到保护电路作用。电容c12的第一端连接热电偶输出端，其第二端接地，电容c8的第一端连接热电偶输出端，其第二端接地。电容c12 和电容c8是对感温热电动势信号进行滤波处理，使感温热电动势信号幅值平滑、稳定。预处理电路11还可以包括电阻r13，电阻r13一端与电容c8及电容c12 相连接，另一端连接预设电压(附图中为-1v电压)。
55.具体的，如图2所示，偏置电路12由集成电路u4以及外围器件电阻r15、电阻r16和电阻r18组成负电源电路模块，偏置电路12与预处理电路11连接，用于产生负电压，并将预处理后的感温热电动势信号偏置到负电位上。具体地，预处理的感温热电动势信号经过电阻r16和电阻r18电阻分压后，再通过电阻 r15把感温热电势偏执到-1v电位上。
56.具体地，如图2所示，滤波电路13包括电阻r24和电容c13，电阻r24和电容c13与偏置电路12连接，用于对偏置后的感温热电动势信号进行滤除噪声处理。
57.具体的，如图2所示，放大电路14包括放大器u1和放大器u2以及外围的电容、电阻组成放大电路14，其中，放大器u1包括放大器u1a和放大器u1b，放大器u2包括放大器u2a和放大器u2b。放大电路14与滤波电路13连接，用于将滤波后的感温热电动势信号进行放大，进而使放大后的感温热电动势信号为数据处理电路3可读取的范围；具体的，放大电路中的放大器u2a的正输入端可以经由电阻r11与滤波电路13相连接。
58.在本实施例中，预处理电路11的稳压二极管防止接入瞬态高电压对电路造成损坏，保护电路。滤波电路13对感温热电动势信号进行滤波处理，使感温热电动势信号幅值平滑、稳定，放大电路14将感温热电动势信号放大到能读取的范围。通过预处理电路11、偏置电路12、滤波电路13及放大电路14的配合，使预处理后的感温热电动势信号减少外部因素的干扰，提高测量精度及动态范围。
59.如图1所示，在其中一个实施例中，冷端补偿电路2包括：恒流源电路21，恒流源电路21用于提供恒定电流；多路复用电路22，多路复用电路22的输入端与恒流源电路21的输出端连接，多路复用电路22用于输出若干路适用于不同型号热电偶冷端的补偿信号。
60.具体地，如图3所示，恒流源电路21由放大器u21a、电阻r3、电阻r4、电阻r56、电阻r57、电阻r53、电阻r63以及电容c58、电容c59、电容c138、电容c139构成一个恒流源，具体的，电阻r3和电阻r4一端连接电源一端连接放大器u21a，电容c59一端连接电源一端连接放大器u21a，电阻r56一端连接电容c59输出端，一端连接电阻r63，电容c138和电容c139连接放大器 u21a；电容c58一端连接电阻r3一端连接电阻r63。构成的恒流源可以是1ma 的恒流源，具体数值在此不做限定，恒流源为电路提供恒定电流。恒流源电路 21的输出端与多路复用电路22的输入端连接，可将恒流源产生的电流注入到多路复用电路22形成若干路适用于不同型号热电偶冷端的补偿信号。
61.在本实施例中，通过将恒流源产生的电流注入到多路复用电路22，形成若干路适用于不同型号热电偶冷端的补偿信号。如此设计，通过多路复用电路22，只需要使用一个恒流源便可输出若干路，为不同型号热电偶冷端补偿信号，如此提高了不同测量组之间的一致性，确保了整体的测量数据的精度，同时还能节约成本。
62.在其中一个实施例中，如图3所示，多路复用电路22包括：第一多路复用器u22、精密电阻r65、若干个铂电阻和第二多路复用器u25；其中，第一多路复用器u22的输出端与恒流源的输出端连接，第一多路复用器u21的输出端连接精密电阻r65和若干个铂电阻，用于将恒定电流注入到精密电阻r65和若干个铂电阻中；精密电阻r65的输出端与第二多路复用器u25相连接，用于输出恒定电流的参考电压信号；若干个铂电阻的输出端与第二多路复用器u25输入端连接，用于输出若干路适用于不同型号热电偶冷端补偿的环境电压信号；第二多路复用器u25用于基于参考电压信号与若干路环境电压信号得到补偿信号，并将补偿信号传输给数据处理电路3。
63.具体地，第一多路复用器u22的输入端与恒流源的输出端连接，第一多路复用器u22的输出端连接精密电阻r65和若干个铂电阻，铂电阻可以为铂电阻 pt100-1、铂电阻pt100-2、铂电阻pt100-3、铂电阻pt100-4、铂电阻pt100-5。第一多路复用器u22将恒定电流分成若干路，并将若干路电流注入到精密电阻和若干个铂电阻中。精密电阻r65的输出端与第二多路复用器u25相连接，精密电阻r65可输出恒定电流的参考电压信号。若干个铂电阻的输出端与第二多路复用器u25输入端连接，若干个铂电阻可输出若干路适用于不同型号热电偶冷端补偿的环境电压信号。第二多路复用器u25将接收到的参考电压信号与若干路环境电压信号进行处理得到补偿信号，第二多路复用器u25并将处理得到的补偿信号传输给数据处理电路3。
64.在本实施例中，通过把恒流源产生的1ma电流，注入到100欧的精密电阻 r65中，进而能得到一个参考电压值，通过这个参考电压值能换算到的1ma电流源与实际的不同型号热电偶冷端补偿的环境电压信号的1ma电流源有多大的误差，进而通过第二多路复用器u25把这个误差去除，确保了整体的测量数据的精度。
65.具体地，多路复用电路22还包括电压跟随器u21b，电压跟随器u21b与第二多路复用器u25连接，用于补偿补偿信号在传输过程中的损耗。第二多路复用器u25处理得到的补偿信号流经电压跟随器u21b，电压跟随器u21b可补偿补偿信号在传输过程中的损耗，提高
电路的驱动能力，有效减少补偿信号在线路传输过程中的损耗，进而保证体的测量数据的精度。
66.如图1所示，在其中一个实施例中，数据处理电路3包括：a/d转换电路 31，a/d转换电路31与放大电路14和电压跟随器连接，用于将热电动势信号和补偿信号转换成数字信号；中央处理电路32，中央处理电路32与a/d转换电路31连接，用于将数字信号处理为温度信息；通信电路33，通信电路33与中央处理电路32连接，用于发送温度信息。
67.具体地，如图4所示，a/d转换电路31与放大电路14和电压跟随器连接， a/d转换电路31将采集电路1采集预处理的热电动势信号和补偿电路输出的补偿信号，均转换成中央处理电路32可识别的数字信号。
68.具体的，如图4所示，中央处理电路32包括处理器u3以及外围部分，中央处理电路32与a/d转换电路31连接，中央处理电路32将接收到的数字信号处理为温度信息，并通过通信电路33将温度信息发送至接收端。
69.在本实施例中，当中央处理电路32将接收到的数字信号处理为温度信息，通过驱动芯片u6以及外围其他元件组成的驱动模块，将温度信息以数据帧的形式发送给需要的设备或者上位机。
70.在其中一个实施例中，数据处理电路3还包括：复位电路34，复位电路34 与中央处理电路32连接，用于提供复位信号。
71.具体地，复位电路34为复位芯片u9，复位电路34与中央处理电路32连接，当中央处理电路32在运行过程中存在电压跌落时，能给中央处理电路32 提供需要的复位信号，确保上电后中央处理电路32中的代码能正常运行。
72.如图5所示，在其中一个实施例中，采集电路1及冷端补偿电路2均位于采集侧，数据处理电路3位于通信侧；多通道热电偶测量电路还包括：隔离电源电路，隔离电源电路与采集侧及通信侧连接，用于将采集侧与通信侧隔离，并分别为采集侧及通信侧进行供电。
73.具体地，采集电路1及冷端补偿电路2均位于采集侧，数据处理电路3位于通信侧，采集侧及通信侧之间设有隔离电源电路将采集侧与通信侧隔离，隔离电源电路也可以分别为采集侧及通信侧进行供电。
74.在本实施例中，采集侧及通信侧之间设有隔离电源电路将采集侧与通信侧隔离，使电源电路为整个电路提供电源，同时隔离电源电路将采集侧与通信侧的电源隔离，当测量高电压物体的温度时，能保护人体不受到高压电伤害。
75.在其中一个实施例中，如图5所示，隔离电源电路包括变压器41、多个半波整流器42、多个线性稳压器；变压器41用于根据电源电压输出多路输出电压，以将采集侧和通信侧电气隔离；多个半波整流器42的输入端分别与变压器41 的输出端一一对应连接，用于对变压器41输出的多路输出电压进行整流；多个线性稳压器多个线性稳压器的输入端分别与半波整流器的输出端一一对应连接，用于产生多路供电电压，以分别为采集侧及通信侧进行供电。
76.具体地，变压器41根据电源电压输出多路输出电压，以将采集侧和通信侧电气隔离。多个半波整流器的输入端分别与变压器41的输出端一一对应连接，对变压器41输出的多路输出电压进行整流，多个线性稳压器的输入端分别与半波整流器的输出端一一对应连接。多个线性稳压器产生多路供电电压，以分别为采集侧及通信侧进行供电。
77.具体地，变压器41将采集侧和通信侧电气隔离，在使用时可以直接测量高电压的物体。如图4所示，各半波整流器42均包括一个二极管及两个电容，譬如，二极管d13、电容c160和电容c161构成一个半波整流器42；二极管d14、电容c162和电容c163构成一个半波整流器42；二极管d18、电容c164和电容c165构成一个半波整流器42；二极管d19、电容c166和电容c167构成一个半波整流器42；二极管d20、电容c173和电容c174构成一个半波整流器42。多个线性稳压器均是低压差线性稳压器，譬如，多个线性稳压器分别为图5中的线性稳压器431、线性稳压器432、线性稳压器433、线性稳压器434、线性稳压器435，多个半波整流器的输入端分别与变压器41的输出端一一对应连接，多个线性稳压器的输入端分别与半波整流器的输出端一一对应连接。
78.在本实施例中，变压器41将采集侧和通信侧电气隔离，在使用时可以直接测量存在高电压的物体，能保护人体不受到高压电伤害。通过电源电路可产生相同的五路电源，供采集测量电路使用，且相互之间不干扰。
79.在其中一个实施例中，提供了一种测量装置，包括上述任意的多通道热电偶测量电路。
80.根据本实用新型的测量装置，采用如上述实施例中的多通道热电偶测量电路，因而具有该多通道热电偶测量电路的全部有益效果，不再赘述。
81.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
82.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。