CN103471737A - 热电偶温度检测*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热电偶温度检测***，其包括：热电偶检测回路，由两种不同材质的导体构成，所述热电偶检测回路的一端与被测物接触，以产生热电信号；温度采集模块，用于通过热电偶检测回路的另一端的检测点，接收热电信号，并根据热电信号计算被测物的温度；以及回路电压上拉模块，用于给热电偶检测回路的检测点提供偏置电压。本发明的热电偶温度检测***通过回路电压上拉模块对检测点提供偏置电压，可对热电偶的异常开路以及正常温度变化进行正确判断。

Description

热电偶温度检测***

技术领域

本发明涉及工业控制领域，特别是涉及一种热电偶温度检测***。

背景技术

在工业控制设备的应用中，常使用热电偶测量被控对象的温度。但热电偶有时会发生开路的异常情况，如果这时把热电偶两端直接输入温度采集模块（包括差分模数转换器），热电偶输出热电势减小，此时热电偶温度检测***无法判断是正常温度变化还是异常开路，从而造成热电偶温度检测***反馈异常而失效。严重时，可能会导致对被控对象的过度加热而烧毁设备，存在火患。

故，有必要提供一种热电偶温度检测***，以解决现有技术所存在的问题。

发明内容

本发明的实施例的目的在于提供一种热电偶温度检测***，以解决现有技术中热电偶温度检测***无法对热电偶的异常开路以及正常温度变化进行判断，从而造成热电偶温度检测***失效或烧毁设备的技术问题。

为解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：

提供一种热电偶温度检测***，其包括：

热电偶检测回路，由两种不同材质的导体构成，所述热电偶检测回路的一端与被测物接触，以产生热电信号；

温度采集模块，用于通过所述热电偶检测回路的另一端的检测点，接收所述热电信号，并根据所述热电信号计算所述被测物的温度；以及

回路电压上拉模块，用于给所述热电偶检测回路的检测点提供偏置电压。

在本发明所述的热电偶温度检测***中，所述温度采集模块分别与所述热电偶检测回路的另一端的第一检测点和第二检测点连接，所述回路电压上拉模块包括：

第一上拉单元，用于给所述第一检测点提供偏置电压。

在本发明所述的热电偶温度检测***中，所述第一上拉单元包括上拉电阻R1以及分压电阻R2，所述上拉电阻R1的一端与电源连接，所述上拉电阻R1的另一端与所述第一检测点连接，所述分压电阻R2的一端与所述第一检测点连接，所述分压电阻R2的另一端接地。

在本发明所述的热电偶温度检测***中，所述第一上拉单元还包括调整电阻R3，所述分压电阻R2通过所述调整电阻R3接地。

在本发明所述的热电偶温度检测***中，|(R2+R3)/(R1+R2+R3)*Vcc|>Max（|Vs1-Vs2|），其中Vcc为提供偏置电压的电压源，Vs1-Vs2为被测物温度所产生的热电信号。

在本发明所述的热电偶温度检测***中，所述回路电压上拉模块还包括：

第二上拉单元，用于给所述第二检测点提供偏置电压。

在本发明所述的热电偶温度检测***中，所述第二上拉单元包括上拉电阻R4以及分压电阻R5，所述上拉电阻R4的一端与电源连接，所述上拉电阻R4的另一端与所述第二检测点连接，所述分压电阻R5的一端与所述第二检测点连接，所述分压电阻R5的另一端接地。

在本发明所述的热电偶温度检测***中，|R5/(R4+R5)*Vcc|>Max（|Vs1-Vs2|），其中Vcc为提供偏置电压的电压源，Vs1-Vs2为被测物温度所产生的热电信号。

在本发明所述的热电偶温度检测***中，|(R2+R3)/(R1+R2+R3)*Vcc-R5/(R4+R5)*Vcc|>Max（|Vs1-Vs2|），其中Vcc为提供偏置电压的电压源，Vs1-Vs2为被测物温度所产生的热电信号。

在本发明所述的热电偶温度检测***中，所述上拉电阻R1大于100Rs，所述分压电阻R2与所述调整电阻R3之和大于100Rs；

所述上拉电阻R4大于100Rs，所述分压电阻R5大于100Rs，其中Rs为所述热电偶检测回路的阻值。

相较于现有技术，本发明的热电偶温度检测***通过回路电压上拉模块对检测点提供偏置电压，可对热电偶的异常开路以及正常温度变化进行正确判断；解决了现有技术中温度监视***无法对热电偶的异常开路以及正常温度变化进行判断，从而造成温度监视***失效或烧毁设备的技术问题。

附图说明

图1为本发明的热电偶温度检测***的优选实施例的结构示意图；

图2为本发明的热电偶温度检测***的优选实施例的具体电路图；

其中，附图标记说明如下：

10、20：热电偶温度检测***；

11、21：热电偶检测回路；

12、22：温度采集模块；

13、23：回路电压上拉模块；

131、231：第一上拉单元；

132、232：第二上拉单元。

具体实施方式

以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。

热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路，当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势——热电动势，这就是所谓的塞贝克效应(Seebeck effect）。两种不同成份的均质导体为热电极，被测的一端为工作端，另一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下。

请参照图1，图1为本发明的热电偶温度检测***的优选实施例的结构示意图。本优选实施例的热电偶温度检测***10包括热电偶检测回路11、温度采集模块12以及回路电压上拉模块13。其中热电偶检测回路11由两种不同材质的导体构成，该热电偶检测回路11的一端（工作端）与被测物接触，以产生热电信号。温度采集模块12用于通过热电偶检测回路11的另一端（自由端）的第一检测点和第二检测点，接收热电信号，并根据该热电信号计算被测物的温度。

回路电压上拉模块13包括第一上拉单元131以及第二上拉单元132，其中第一上拉单元131用于给热电偶检测回路11的第一检测点提供偏置电压，第二上拉单元132用于给热电偶检测回路11的第二检测点提供偏置电压。

本优选实施例的热电偶温度检测***工作时，如热电偶检测回路11的第一检测点一侧出现开路状况，则第一上拉单元131可将第一检测点的电压上拉至一稳定的电压值，这时温度采集模块12会接收到一固定的第一热电信号，温度采集模块12可根据该第一热电信号判断热电偶检测回路11的第一检测点一侧出现开路状况。

如热电偶检测回路11的第二检测点一侧出现开路状况，则第二上拉单元132可将第二检测点的电压上拉至一稳定的电压值，这时温度采集模块12同样会接收到一固定的第二热电信号（该第二热电信号一般不同于第一热电信号），温度采集模块12可根据该第二热电信号判断该热电偶检测回路11的第二检测点一侧出现开路状况。

如热电偶检测回路的第一检测点一侧和第二检测点一侧均出现开路状况，则第一上拉单元131将第一检测点的电压上拉至一稳定的电压值，第二上拉单元132将第二检测点的电压上拉至一稳定的电压值，这时温度采集模块12同样会接收到一固定的第三热电信号（该第三热电信号应不同于第一热电信号和第二热电信号），温度采集模块12可根据该第三热电信号判断该热电偶检测回路11的第一检测点和第二检测点同时出现开路状况。

如热电偶检测回路正常工作时，第一上拉单元131将第一检测点的电压上拉至一稳定的电压值，第二上拉单元132将第二检测点的电压上拉至一稳定的电压值，这时第一检测点与第二检测点的共模电压大致为零，温度采集模块12可根据热电偶检测回路11实际检测的热电信号计算出被测物的温度。

本优选实施例的热电偶温度检测***10通过回路电压上拉模块13对检测点提供偏置电压，可对热电偶的异常开路以及正常温度变化进行正确判断。

下面通过图2具体说明本发明的热电偶温度检测***的工作原理。图2为本发明的热电偶温度检测***的优选实施例的具体电路图。

在本优选实施例中，第一上拉单元231包括上拉电阻R1、分压电阻R2以及调整电阻R3，上拉电阻R1的一端与电源连接，上拉电阻R1的另一端与第一检测点A连接，分压电阻R2的一端与第一检测点A连接，分压电阻R2的另一端通过调整电阻R3接地。其中上拉电阻R1的阻值大致等于分压电阻R2的阻值，上拉电阻R1的阻值、分压电阻R2的阻值以及调整电阻R3的阻值远大于热电偶检测回路21的阻值Rs1。优选的调整电阻R3的阻值小于上拉电阻R1的阻值，如R3=0.5R1。

第二上拉单元232包括上拉电阻R4以及分压电阻R5，上拉电阻R4的一端与电源连接，上拉电阻R4的另一端与第二检测点B连接，分压电阻R5的一端与第二检测点B连接，分压电阻R5的另一端接地。其中上拉电阻R4的阻值大致等于分压电阻R5的阻值，上拉电阻R4的阻值以及分压电阻R5的阻值远大于热电偶检测回路21的阻值Rs2。

本优选实施例的热电偶温度检测***20工作时，热电偶检测回路21的远端与被测物接触，以产生热电信号，热电偶检测回路21的近端与温度采集模块22连接。由于热电偶检测回路21由两种不同材质的导体构成，因此该热电信号可由Vs1以及Vs2来表示，该热电信号对第一检测点A和第二检测点B的电势差会产生影响，温度采集模块22通过计算第一检测点A和第二检测点B的电势差来计算被测物的温度。

当热电偶检测回路21正常工作时，由图2计算可知：

$I_{s1}=\frac{V_A-V_{s1}}{R_{s1}}---\left(1\right)$

$I_{s1}+\frac{V_A}{R_2+R_3}=\frac{V_{\mathrm{cc}}-V_A}{R_1}---\left(2\right)$

将（1）代入（2），得到(3)

$(\frac{1}{R_{S1}}+\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2+R_3})V_A=\frac{V_{\mathrm{cc}}}{R_1}+\frac{V_{S1}}{R_{S1}}---\left(3\right)$

由于

较

可以忽略，这里上拉电阻R1大于100Rs1，分压电阻R2与调整电阻R3之和大于100Rs，得到(4)

$\frac{V_A-V_{s1}}{V_{\mathrm{cc}}}=\frac{R_{s1}}{R_1}---\left(4\right)$

由于热电偶检测回路21的阻值R_s1<<R₁，

趋近于0，得到V_A≈V_s1；

同理对于B点，

$I_{s2}=\frac{V_{s2}-V_B}{R_{s2}}---\left(5\right)$

$I_{s2}+\frac{V_{\mathrm{cc}}-V_B}{R_4}=\frac{V_B}{R_5}---\left(6\right)$

将（5）代入（6），得到(7)

$\frac{V_{s2}-V_B}{V_B-{2V}_{\mathrm{cc}}}=\frac{R_{s2}}{R_4}---\left(7\right)$

由于热电偶检测回路21的阻值R_s2<<R₄，上拉电阻R4大于100Rs2，分压电阻R5大于100Rs2；

趋近于0，得到V_B≈V_s2；A、B点共模电压约为0，正常输出由被测物温度所产生的热电信号（Vs1以及Vs2），其中回路电压上拉模块23并没有对该热电信号产生影响。

当热电偶检测回路21的第一检测点A一侧出现开路状况时，由图2计算可知：

A点电压提升至(R2+R3)/(R1+R2+R3)*Vcc，|(R2+R3)/(R1+R2+R3)*Vcc|>Max（|Vs1-Vs2|），其中Vcc为提供偏置电压的电压源，Vs1-Vs2为被测物温度所产生的热电信号，B点电压仍在0V左右（热电偶检测回路21正常输出电势较小，在微伏级），此时A、B间电压差约为(R2+R3)/(R1+R2+R3)*Vcc，远高于正常输出，温度采集模块22从而得知热电偶检测回路21的第一检测点A一侧出现开路状况。

当热电偶检测回路21的第二检测点B一侧出现开路状况时，由图2计算可知：.

B点电压提升至R5/(R4+R5)*Vcc，|R5/(R4+R5)*Vcc|>Max（|Vs1-Vs2|），其中Vcc为提供偏置电压的电压源，Vs1-Vs2为被测物温度所产生的热电信号，A点电压仍在0V左右，此时A、B间电压差约为-R5/(R4+R5)*Vcc，也远高于正常输出。并且A、B间电压差与上述热电偶检测回路21的第一检测点A一侧出现开路状况时的不同，同样的，温度采集模块22得知热电偶检测回路21的第二检测点B一侧出现开路状况。

当热电偶检测回路21的第一检测点A一侧和第二检测点B一侧均出现开路状况时，由图2计算可知：

A点电压提升至(R2+R3)/(R1+R2+R3)*Vcc，B点电压提升至-R5/(R4+R5)*Vcc，A、B点间电压差为(R2+R3)/(R1+R2+R3)*Vcc-R5/(R4+R5)*Vcc。只需满足|(R2+R3)/(R1+R2+R3)*Vcc-R5/(R4+R5)*Vcc|>max(|Vs1-Vs2|)，即该值可以和所有的正常输出值进行区分，温度采集模块22即能判断热电偶检测回路21的第一检测点A一侧和第二检测点B一侧均出现开路状况。

本优选实施例的热电偶温度检测***20使用时，如出现不同的开路情况，温度采集模块22会输出不同的异常值，这些异常值与温度采集模块22的正常输出值完全不冲突，因此本优选实施例的热电偶温度检测***20可对热电偶的异常开路以及正常温度变化进行正确判断。

本发明的热电偶温度检测***通过回路电压上拉模块（即一简单的电阻分压电路）对检测点提供偏置电压，可对热电偶的异常开路以及正常温度变化进行正确判断，方法简单可靠，实现成本低；解决了现有技术中温度监视***无法对热电偶的异常开路以及正常温度变化进行判断，从而造成温度监视***失效或烧毁设备的技术问题。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种热电偶温度检测***，其特征在于，包括： 

热电偶检测回路，由两种不同材质的导体构成，所述热电偶检测回路的一端与被测物接触，以产生热电信号； 

温度采集模块，用于通过所述热电偶检测回路的另一端的检测点，接收所述热电信号，并根据所述热电信号计算所述被测物的温度；以及 

回路电压上拉模块，用于给所述热电偶检测回路的检测点提供偏置电压。 

2.根据权利要求1所述的热电偶温度检测***，其特征在于，所述温度采集模块分别与所述热电偶检测回路的另一端的第一检测点和第二检测点连接，所述回路电压上拉模块包括： 

第一上拉单元，用于给所述第一检测点提供偏置电压。 

3.根据权利要求2所述的热电偶温度检测***，其特征在于，所述第一上拉单元包括上拉电阻R1以及分压电阻R2，所述上拉电阻R1的一端与电源连接，所述上拉电阻R1的另一端与所述第一检测点连接，所述分压电阻R2的一端与所述第一检测点连接，所述分压电阻R2的另一端接地。 

4.根据权利要求3所述的热电偶温度检测***，其特征在于，所述第一上拉单元还包括调整电阻R3，所述分压电阻R2通过所述调整电阻R3接地。 

5.根据权利要求4所述的热电偶温度检测***，其特征在于， 

|(R2+R3)/(R1+R2+R3)*Vcc|>Max（|Vs1-Vs2|），其中Vcc为提供偏置电压的电压源，Vs1-Vs2为被测物温度所产生的热电信号。 

6.根据权利要求4所述的热电偶温度检测***，其特征在于，所述回路电压上拉模块还包括： 

第二上拉单元，用于给所述第二检测点提供偏置电压。 

7.根据权利要求6所述的热电偶温度检测***，其特征在于，所述第二上拉单元包括上拉电阻R4以及分压电阻R5，所述上拉电阻R4的一端与电源连接，所述上拉电阻R4的另一端与所述第二检测点连接，所述分压电阻R5的一 端与所述第二检测点连接，所述分压电阻R5的另一端接地。 

8.根据权利要求7所述的热电偶温度检测***，其特征在于， 

|R5/(R4+R5)*Vcc|>Max（|Vs1-Vs2|），其中Vcc为提供偏置电压的电压源，Vs1-Vs2为被测物温度所产生的热电信号。 

9.根据权利要求7所述的热电偶温度检测***，其特征在于， 

|(R2+R3)/(R1+R2+R3)*Vcc-R5/(R4+R5)*Vcc|>Max（|Vs1-Vs2|），其中Vcc为提供偏置电压的电压源，Vs1-Vs2为被测物温度所产生的热电信号。 

10.根据权利要求8所述的热电偶温度检测***，其特征在于，所述上拉电阻R1大于100Rs，所述分压电阻R2与所述调整电阻R3之和大于100Rs； 

所述上拉电阻R4大于100Rs，所述分压电阻R5大于100Rs，其中Rs为所述热电偶检测回路的阻值。 

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