專利名稱：一種多路熱電偶信號采集測量裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及自動化技術領域，尤其涉及一種多路熱電偶信號采集測量裝置。
背景技術：
在許多傳統(tǒng)行業(yè)中，特別是在自動化測量控制領域，溫度參數(shù)的檢測精度 對自動化控制過程有著重要的影響。目前，最廣泛使用的溫度檢測元件是熱電 偶，熱電偶是由兩種不同金屬導體的結(jié)點制成的溫度傳感器，所產(chǎn)生的輸出電 壓與在熱端和導線(冷端)之間的溫差成比例，是一種把溫度轉(zhuǎn)換為電壓的器 件，可用于測量溫度等物理量，其可測量的溫度范圍較大。但是在溫度測量過 程中，由于熱電偶傳感器的信號比較微弱(為毫伏級電壓信號)，加之熱電偶信 號的采集可能會受到工業(yè)現(xiàn)場的各種干擾，因此如何準確快速的采集熱電偶信 號已經(jīng)成為當前溫度測量裝置的一個關鍵技術之一。在被測溫度變化緩慢的情 況下，可以使用多^各掃描開關配以一個高精度測溫表進行多路溫度測量以及數(shù) 據(jù)采集。但在溫度測量點數(shù)目較多、被測溫度變化較快的場合，如大量熱電阻、 熱電偶的自動計量檢定系統(tǒng)以及高溫滅菌箱自動驗證系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的掃描式多
路溫度測量系統(tǒng)無法滿足實際應用需求。近年來，隨著高精度A/D轉(zhuǎn)換器件價 格的不斷下降以及A/D轉(zhuǎn)換器件功能的不斷完善，研制成本較低的多路、快速、 高精度溫度采集系統(tǒng)成為可能。
圖1為現(xiàn)有技術多路熱電偶信號采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。在該多路熱電偶信 號采集系統(tǒng)當中，采用了多路復用的方式，通過多路開關把多路熱電偶信號分 時切換到一路共用的信號調(diào)理電路進行信號調(diào)理，經(jīng)過信號調(diào)理之后的信號通 過一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog-to-Digital Converter , ADC)進行信號采集和轉(zhuǎn)換 之后傳送到樣i控制器(Micro Control Unit, MCU)進行相應的處理。
發(fā)明人在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)現(xiàn)上述多路熱電偶信號采集系統(tǒng)在進行 熱電偶信號采集時，由于上一被測量通道的殘留信號，會導致測量本通道時準 確度降低，若為了提高測量準確度就必須降低系統(tǒng)的采樣速率，造成系統(tǒng)測量速度下降，因此該多路熱電偶信號采集系統(tǒng)難以滿足對熱電偶信號快速準確測 量的市場竟爭需求。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術所存在的問題，本發(fā)明實施例提供了 一種多路熱電偶信 號采集測量裝置，以提高多路熱電偶信號的測量速度和測量準確度。
為了解決上述問題，本發(fā)明實施例提供了一種多路熱電偶信號釆集測量裝 置，包括
多路開關，用于根據(jù)預設的熱電偶信號采樣周期把多路熱電偶信號分時切
換到同一信號調(diào)理單元；
信號調(diào)理單元，用于對所述多路開關輸出的熱電偶信號進行信號調(diào)理，輸
出信號調(diào)理后的熱電偶信號；
數(shù)據(jù)采樣單元，用于對所述信號調(diào)理單元信號調(diào)理后輸出的熱電偶信號進 行模數(shù)轉(zhuǎn)換，采樣獲取各路被采集的熱電偶信號數(shù)據(jù)；
微控制單元，用于根據(jù)預設的熱電偶信號采樣周期控制所述多路開關分時 切換所述多路熱電偶信號，并對所述數(shù)據(jù)采樣單元采樣獲取的熱電偶信號數(shù)據(jù) 進4亍處理；
殘余信號清除單元，用于在所述數(shù)據(jù)采樣單元采樣所述信號調(diào)理單元輸出 的熱電偶信號的采樣時刻前清除電路殘余信號。
本發(fā)明實施例提供的一種多路熱電偶信號采集測量裝置，通過在數(shù)據(jù)采樣 單元采樣信號調(diào)理單元輸出的熱電偶信號的采樣時刻前清除電路殘余信號，減 少了多路熱電偶信號之間的相互干擾，從而提高了對熱電偶信號采集測量的準 確度和測量速度，易于滿足對熱電偶信號快速準確測量的市場竟爭需求。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施 例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述 中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付 出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1是現(xiàn)有技術多路熱電偶信號采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框5圖2是本發(fā)明實施例一種多路熱電偶信號采集測量裝置的組成示意圖； 圖3是本發(fā)明實施例一種多路熱電偶信號采集測量裝置的電路圖。
具體實施例方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清 楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是 全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造 性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
圖2是本發(fā)明實施例一種多路熱電偶信號采集測量裝置的組成示意圖。該 裝置主要包括多路開關20、斷線檢測單元21、信號調(diào)理單元22、殘余信號清 除單元23、數(shù)據(jù)采樣單元24、微控制單元25。下面將詳細說明該裝置各單元的 功能和相互之間的聯(lián)系。
多路開關20，用于根據(jù)預設的熱電偶信號采樣周期把多路熱電偶信號分時 切換到同 一信號調(diào)理單元；
具體的，多路開關20在微控制單元25的控制下，根據(jù)預設的熱電偶信號 采樣周期，選擇多路輸入的熱電偶信號中的一路熱電偶信號作為輸出的熱電偶 信號，實現(xiàn)多路復用。需要說明的是，所述多路開關可以為多路模擬開關或由 多個繼電器組合而成的多路開關。多路開關和機械開關類似，在通道切換時也 會存在抖動現(xiàn)象，也即多路開關從上一通道切換到下一通道的時刻，會出現(xiàn)信 號瞬變的現(xiàn)象。
斷線檢測單元21,用于根據(jù)預設的斷線檢測周期對熱電偶回路進行斷線檢
測；
具體的，在測量裝置需要進行斷線檢測時，斷線檢測單元21根據(jù)預設的斷 線檢測周期對熱電偶回路進行檢測，判斷是否斷線。具體實施時，斷線檢測單 元21在微控制單元25的控制下，根據(jù)預設的斷線檢測周期對信號調(diào)理電路進 行充電，然后通過計算數(shù)據(jù)采樣單元24得到的電壓信號進行判斷熱電偶回路是 否斷線，若數(shù)據(jù)采樣單元24得到的電壓信號很大(遠大于熱電偶信號)，則可 判斷熱電偶回路處于斷線狀態(tài)，否則可判斷熱電偶回路沒有處于斷線狀態(tài)，用 戶可以根據(jù)熱電偶回路的不同狀態(tài)采取相應的處理。
信號調(diào)理單元22，用于對所述多路開關20輸出的熱電偶信號進行信號調(diào)理，輸出信號調(diào)理后的熱電偶信號；
具體的，由于多路開關20輸出的熱電偶信號一般都比較^f效弱，為毫伏級電 壓信號，并且熱電偶信號的采集可能會受到工業(yè)現(xiàn)場的各種干擾，所以信號調(diào) 理單元22需要將所述熱電偶信號進行濾波和放大等處理轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)采樣單元24 能夠識別的標準信號。具體實施時，可以采用放大電路和濾波電路來實現(xiàn)。
殘余信號清除單元23,用于在所述數(shù)據(jù)采樣單元24采樣所述信號調(diào)理單元 22輸出的熱電偶信號的采樣時刻前清除電路殘余信號；
具體的，在對熱電偶信號進行采集測量時，由于前一時刻釆樣后的電路殘 余信號會對當前時刻采樣信號數(shù)據(jù)造成影響，導致釆樣數(shù)據(jù)不準確，所以在對 當前熱電偶信號進行采樣前需要所述殘余信號清除單元23清除前一采樣時刻的 電路殘余信號。相應的，在對熱電偶回路進行斷線4全測時，如果某一路存在斷 線，則會在電路上產(chǎn)生大量的殘余信號，影響其它通道信號測量數(shù)據(jù)的準確性， 因此也需要殘余信號清除單元23進行殘余信號清除。具體實施時，所述殘余信 號清除單元23包括一開關單元230及至少一個限流電阻231，該限流電阻231 可以是其它等效限流元件。所述開關單元230與所述限流電阻231串聯(lián)連接后 并聯(lián)于采樣電容的兩端，所述限流電阻231、所述開關單元230、所述采樣電容 組成一閉合回路，所述開關單元220包括一個與所述微控制單元25電連接的受 控接腳，所述微控制單元25通過所述受控接腳控制所述開關單元230在所述數(shù) 據(jù)采樣單元24采樣所述信號調(diào)理單元22輸出的熱電偶信號的采樣時刻前的一 段預設時間內(nèi)導通所述開關單元230,從而對采樣電容及整個回路進行快速放 電，清除前一采樣時刻的電路殘余信號。
數(shù)據(jù)采樣單元24，用于對所述信號調(diào)理單元22信號調(diào)理后輸出的熱電偶信 號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，采樣獲取各路被采集的熱電偶信號數(shù)據(jù)；
具體的，在所述殘余信號清除單元23對采樣電容及整個回路進行快速放電， 從而清除了前一采樣時刻的電路殘余信號之后，數(shù)據(jù)采樣單元24對調(diào)理信號單 元22調(diào)理后輸出的熱電偶信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，采樣獲取各路被采集的熱電偶信 號數(shù)據(jù)。具體實施時，所述數(shù)據(jù)采樣單元24可以為高精度的A/D轉(zhuǎn)換器。
微處理單元25，用于根據(jù)預設的熱電偶信號采樣周期控制所述多路開關20 分時切換所述多路熱電偶信號，并對所述數(shù)據(jù)采樣單元24采樣獲取的熱電偶信 號數(shù)據(jù)進行處理；具體的，所述孩t控制單元25包括第一控制子單元250、第二控制子單元251 及第三控制子單元。其中，第一控制子單元250,用于根據(jù)預設的熱電偶信號采 樣周期控制所述多路開關20把多路熱電偶信號輸入分時切換到同 一信號調(diào)理單 元22;第二控制子單元251，用于通過開關單元220的受控腳控制所述開關單 元230在所述數(shù)據(jù)采樣單元24采樣所迷信號調(diào)理單元22輸出的熱電偶信號的 采樣時刻前的一段預設時間內(nèi)導通所述開關單元220。第三控制子單元252，用 于根據(jù)預設的斷線檢測周期控制所述斷線檢測單元21進行斷線檢測。微控制單 元25對數(shù)據(jù)采樣單元24采樣獲取的熱電偶數(shù)據(jù)進行處理得到溫度測量結(jié)果。
下面將結(jié)合具體的電路對本發(fā)明實施例提供的多路熱電偶信號采集測量裝 置進行說明。
圖3是本發(fā)明實施例一種多路熱電偶信號采集測量裝置的電路圖。如圖所 示，其中MUX為多路開關，電阻R5、 R6、 R7、 R8、三極管Ql、 Q2構(gòu)成斷線 才全測電路，Rl、 R2、 R3、 R4、 C2、 C3、 C4、 C5構(gòu)成信號調(diào)理電路，Dl、 R9、 RIO、采樣電容C1及整個回路構(gòu)成殘余信號的快速放電回路。熱電偶信號采樣 測量周期為多路開關(Multiplexer, MUX)在微控制器(Micro Control Unit, MCU)的控制下從上一測量通道切換到本次測量通道并輸出熱電偶信號，MCU 通過控制開關單元D1導通所述放電回路，放電回路通過限流電阻R9、 R10對 采樣電容C1及整個回路進行快速放電，清除前一時刻采樣的電路殘余信號，然 后多路開關輸出的熱電偶信號經(jīng)信號調(diào)理電路調(diào)理之后在充電電容Cl上產(chǎn)生電 壓信號，A/D通過采集充電電容C1上的電壓信號即可獲取各路被采集的熱電偶 信號數(shù)據(jù)，最后MCU對所述熱電偶數(shù)據(jù)進行處理得到溫度測量結(jié)果。如果多路 開關從上一測量通道切換到本次測量通道并輸出熱電偶信號，此時A/D對多路 開關輸出的熱電偶信號進行采樣，則前一時刻采樣后殘余在采樣電容C1及整個 回路上的殘余信號會對本次的采樣數(shù)據(jù)造成影響，導致采集得到的數(shù)據(jù)不準確。 本發(fā)明實施例提供多路熱電偶信號采集測量裝置，在A/D采樣多路開關輸出的 熱電偶信號的采樣時刻前，通過快速放電回路對采樣電容C1及整個回路進行快 速放電，及時清除了上一采樣時刻的電路殘余信號，提高了裝置測量數(shù)據(jù)的準 確性，并且由于放電回路的阻抗很小，可以在短時間內(nèi)將采樣電容C1及整個回 路上的殘余信號清除，從而也提高了熱電偶信號的測量速度。同樣，在斷線檢 測的過程中，前一斷線檢測時刻殘余的斷線檢測電壓信號同樣會對當前時刻采
8集的斷線^r測信號產(chǎn)生影響，在A/D采樣多路開關輸出的熱電偶信號的釆樣時刻前，通過快速放電回路對采樣電容C1及整個回路進行快速放電，及時將前一斷線檢測時刻殘余的斷線;險測電壓信號進行清除，從而提高了測量準確度和測
量速度。
綜上所述，本發(fā)明實施例提供的一種多路熱電偶信號采集裝置，通過在數(shù)
號，避免了前一時刻采樣后的電路殘余信號對當前采樣時刻采樣數(shù)據(jù)的干擾，減少了相鄰通道間的相互干擾，從而提高了對熱電偶信號采集測量的準確度和測量速度，易于滿足對熱電偶信號快速準確測量的市場竟爭需求。
以上所揭露的僅為本發(fā)明 一種較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明權(quán)利要求所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。
權(quán)利要求
1、一種多路熱電偶信號采集測量裝置包括多路開關，用于根據(jù)預設的熱電偶信號采樣周期把多路熱電偶信號分時切換到同一信號調(diào)理單元；信號調(diào)理單元，用于對所述多路開關輸出的熱電偶信號進行信號調(diào)理，輸出信號調(diào)理后的熱電偶信號；數(shù)據(jù)采樣單元，用于對所述信號調(diào)理單元信號調(diào)理后輸出的熱電偶信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，采樣獲取各路被采集的熱電偶信號數(shù)據(jù)；及微控制單元，用于根據(jù)預設的熱電偶信號采樣周期控制所述多路開關分時切換所述多路熱電偶信號，并對所述數(shù)據(jù)采樣單元采樣獲取的熱電偶信號數(shù)據(jù)進行處理；其特征在于，還包括殘余信號清除單元，用于在所述數(shù)據(jù)采樣單元采樣所述信號調(diào)理單元輸出的熱電偶信號的采樣時刻前清除電路殘余信號。
2、 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，所述殘余信號清除單元包括一 開關單元及至少一個限流電阻，所述開關單元與所述限流電阻串聯(lián)連接后并聯(lián) 于采樣電容的兩端，所述限流電阻、所述開關單元、所述采樣電容組成一閉合 回路，所述開關單元包括一個與所述微控制單元電連接的受控接腳，所述微控 制單元通過所述受控接腳控制所述開關單元在所述數(shù)據(jù)采樣單元采樣所述信號 調(diào)理單元輸出的熱電偶信號的采樣時刻前的 一段預設時間內(nèi)導通所述開關單 元。
3、 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，所述電路殘余信號為所述數(shù)據(jù) 采樣單元采樣所述信號調(diào)理單元輸出的熱電偶信號的當前采樣時刻的前一采樣 時刻采樣時殘余的熱電偶信號。
4、 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括設置于所述多 路開關與所述信號調(diào)理單元之間的用于檢測斷線的斷線檢測單元。
5、 如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述電路殘余信號為所述數(shù)據(jù) 采樣單元采樣所述信號調(diào)理單元輸出的熱電偶信號的當前采樣時刻的前一采樣 時刻釆樣時殘余的熱電偶信號或前一斷線檢測時刻殘余的斷線檢測電壓信號。
6、 如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述微控制單元包括 第一控制子單元，用于根據(jù)預設的熱電偶信號采樣周期控制所述多路開關把多路熱電偶信號輸入分時切換到同 一信號調(diào)理單元；第二控制子單元，用于通過所述受控接腳控制所述開關單元在所述數(shù)據(jù)采 樣單元采樣所述信號調(diào)理單元輸出的熱電偶信號的采樣時刻前的一段預設時間 內(nèi)導通所述開關單元；第三控制子單元，用于根據(jù)預設的斷線檢測周期控制所述斷線檢測單元進 行斷線;險測。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多路熱電偶信號采集測量裝置，包括多路開關、信號調(diào)理單元、數(shù)據(jù)采樣單元、微控制單元、殘余信號清除單元。其中殘余信號清除單元，用于在所述數(shù)據(jù)采樣單元采樣所述信號調(diào)理單元輸出的熱電偶信號的采樣時刻前清除電路殘余信號。采用本發(fā)明提供的方案，通過在對熱電偶信號進行采樣之前清除電路的殘余信號，避免了前一時刻采樣后的電路殘余信號對當前采樣時刻采樣數(shù)據(jù)的干擾，減少了相鄰通道間的相互干擾，從而提高了對熱電偶信號采集測量的準確度和測量速度，易于滿足對熱電偶信號快速準確測量的市場競爭需求。
文檔編號G01K7/02GK101551279SQ20081024170
公開日2009年10月7日 申請日期2008年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月26日
發(fā)明者杜寒峰, 陳海峰 申請人:深圳市合信自動化技術有限公司