CN104898737A - 一种温度采集故障自我诊断*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及温度传感器技术领域，具体来说是一种温度采集故障自我诊断***，包括：温度采集传感器、电阻温度变化及采样电路、温度模拟***，温度采集传感器根据实际温度的变化，得出不同的电阻值，经采样电路采样后得出不同的温度值，根据温度模拟***算法得到的温度值，参照铂电阻温度与电阻值对照表，得出测量出的温度值对应的电阻值，中央处理器采样到一个新的模拟的温度值，从而比较模拟温度值与温度采集传感器实际温度值诊断出温度采集***的准确性。本***能够自我准确的判断出温度采集的故障，减少人为判断的不方便性和延迟性，并通过电阻矩阵和数字电位器可模拟任意电阻值，以达到模拟数据的精确性。

Description

一种温度采集故障自我诊断***

[技术领域]

本发明涉及温度传感器技术领域，具体来说是一种温度采集故障自我诊断***。

[背景技术]

在当今社会，温度传感器被广泛应用于工农业生产、科学研究及生活等领域，数量高居各种传感器之首。在某些重要的航空或工业领域，对温度测量的精度很多，与其他温度传感器相比，基于铂电阻的温度传感器具有测量精度高、分辨率高、输出信号抗干扰强等优点，因此所多领域都采用铂电阻进行测量。

随着工业生产和科学技术的发展，数据采集的可靠性、持续性问题日益突出，从而促使了人们对自我故障诊断技术的研究。在一些特殊的应用场合中，如航空、矿业等领域，需要温度数据自动采集，人工判断排除故障存在客观上的困难，这就要求温度采集***自我故障的诊断排除。在高温高湿的环境中，铂电阻传感器的铂丝会变脆，使传感器的性能下降，有时温度传感器的数据会发生异常会突变，如不能及时判断故障，就会对数据的正确性和持续性产生影响；同时由于一些外在的条件，如元器件的老化、采集电路发生偏差等原因都会对温度采集的数据产生严重的影响，人工判断故障相对更加繁琐耗时，这就使得自我故障诊断的存在非常有必要。

[发明内容]

本发明要解决的技术问题是如何通过温度模拟***诊断出温度采集***的故障，提出了一种温度采集自我故障诊断***。

为了实现上述目的，设计一种温度采集故障自我诊断***，该***包括：温度采集传感器、电阻温度变化及采样电路、温度模拟***，温度采集传感器根据实际温度的变化，得出不同的电阻值，经采样电路采样后得出不同的温度值，根据温度模拟***算法得到的温度值，参照铂电阻温度与电阻值对照表，得出测量出的温度值对应的电阻值，中央处理器采样到一个新的模拟的温度值，从而比较模拟温度值与温度采集传感器实际温度值诊断出温度采集***的准确性。

温度传感器采集具体实现方法为：铂电阻温度采集传感器在感应到温度变化时，其阻值会发生相应的变化，电阻变化的同时，通过电阻电压转化电路、信号放大电路、采样电路等获取到相应的数据，再经过数据滤波电路将采集到的准确值发送给中央处理器，中央处理器根据采集到的数据可得到温度值。

所述的温度模拟***算法具体为：温度采集传感器温度采集传感器采用铂电阻采集，当检测到温度在0～630.74℃范围内用Rt＝R0(1+At+Bt2)表示，在-190～0℃范围内为Rt＝R0(1+At+Bt2+Ct3)，式中R0、Rt为温度0°及t°时铂电阻的电阻值，t为任意温度，A、B、C为温度系数，A＝3.9684×10-3/℃，B＝-5.847×10-7/℃2，C＝-4.22×10-l2/℃3，当R0值不同时，在同样温度下，其Rt值也不同，当温度变化的时候，铂电阻的阻值也随之变化，通过以上电阻-温度表达式便可以计算出相对应的温度。

所述的温度模拟***由标准电阻阵列、数字电位器组合、电气隔离电路、多路选择阵列及中央处理器组成，通过串并联电阻阵列和数字电位器组合配置出需要的不同电阻值作为铂电阻温度与电阻值对照表。

采样电路包括电阻R1、R2、滑动变阻器VR2和接插件P1组成的传感器测量电桥，接插件P1上接插铂电阻Pt100，电阻R1连接接插件P1的1号管脚，并引出一端连接电阻R3后至运算放大器U1A的3号管脚，电阻R1另一端串联电阻R8至电源Vcc，并引出一端连接滑动变阻器VR1，滑动变阻器VR1另一端接地，为了保证电桥输出电压信号的稳定性，滑动变阻器VR1两端并联通过稳压源TL431将电桥的电压稳定在2.5V，电阻R2串联滑动变阻器VR2后连接接插件P1的2号管脚，并引出一端连接电阻R4至运算放大器U1A的2号管脚，运算放大器U1A的3号管脚抽出一端连接电阻R5后接地，4号管脚连接电容C1滤波，2号管脚与1号管脚之间并联电阻R6后串联电阻R7，电阻R7另一端连接稳压二极管D1及电容C2后输送给中央处理器输入端。

本发明同现有技术相比，具有以下优点：本***能够自我准确的判断出温度采集的故障，减少人为判断的不方便性和延迟性，并通过电阻矩阵和数字电位器可模拟任意电阻值，以达到模拟数据的精确性。

[附图说明]

图1是本发明温度采集自我故障诊断***的***架构图；

图2是本发明温度采集***流程图；

图3是本发明温度采集***采样电路图；

图4是温度模拟***框图；

图5是铂薄膜热敏电阻-200℃至650℃的温度变化曲线图；

指定图1作为本发明的摘要附图。

[具体实施方式]

下面结合附图对本发明作进一步说明，这种装置的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在实际应用中，一般使用单片机来进行温度的计算，由于该表达式比较复杂，用单片机处理这样的计算过程，将会占用大量的资源，程序的编写上也相当复杂，所以一般采用先查表，再插值的方法换算出温度。假设温度传感器采集到的温度值为30℃，在铂电阻温度与阻值对应表中30℃对应的阻值是110Ω，那么CPU则通过可控制矩阵开关控制矩阵电阻串联1个100Ω和一个10Ω的电阻，这样就能得到一个110Ω的模拟铂电阻温度传感器，该模拟温度传感器的阻值再将采集到的温度值回传给CPU，假设为35℃，CPU判断两个温度值有差异，从而诊断出温度采集***出现故障。

铂电阻是电阻式温度传感器，测温的本质其实是测量传感器的电阻，通常是将电阻的变化转换成电压或电流等模拟信号，再将模拟信号转换成数字信号，再由处理器换算出相应温度。

图1是本发明的***架构图，该***的主要思想是：铂电阻温度传感器采集到数据通过采样电路发送给中央处理器CPU，得到一个测量数据，根据测量出的数据参考铂电阻温度与电阻值对照表，得出测量出的温度值对应的电阻值，温度模拟***则计算出相同的电阻值给到中央处理器CPU一个正确的温度值，中央处理器CPU比较两个数据的差异得出检查结果。

如图2，为本发明温度采集***流程图，温度传感采集的具体实现方法为：铂电阻温度传感器在感应到温度变化时，其阻值会发生相应的变化，电阻变化的同时，通过电阻电压转化电路、信号放大电路、采样电路等获取到相应的数据，再经过数据滤波电路将采集到的准确值发送给中央处理器CPU，中央处理器CPU根据采集到的数据可得到温度值。

其中采样电路如图3所示，采样电路包括电阻R1、R2、滑动变阻器VR2和接插件P1组成的传感器测量电桥，接插件P1上接插铂电阻Pt100，电阻R1连接接插件P1的1号管脚，并引出一端连接电阻R3后至运算放大器U1A的3号管脚，电阻R1另一端串联电阻R8至电源Vcc，并引出一端连接滑动变阻器VR1，滑动变阻器VR1另一端接地，为了保证电桥输出电压信号的稳定性，滑动变阻器VR1两端并联通过稳压源TL431将电桥的电压稳定在2.5V，电阻R2串联滑动变阻器VR2后连接接插件P1的2号管脚，并引出一端连接电阻R4至运算放大器U1A的2号管脚，运算放大器U1A的3号管脚抽出一端连接电阻R5后接地，4号管脚连接电容C1滤波，2号管脚与1号管脚之间并联电阻R6后串联电阻R7，电阻R7另一端连接稳压二极管D1及电容C2后输送给中央处理器输入端。

如图4所示，是本发明中的温度模拟***框图，温度模拟***由标准电阻阵列、数字电位器组合、电气隔离电路、多路选择阵列及中央处理器组成，其核心在于通过串并联电阻阵列和数字电位器可任意组成需要的配置作为铂电阻温度与电阻值对照表。

图5是铂薄膜热敏电阻温度传感器其温度变化引起的电阻变化曲线图，从图可以看出温度传感器变化成线性变化，从而可以得到该类温度传感器温度每变化1℃电阻变化4Ω，本发明中最终判断的温度结果相差1℃即表示为温度采集出现故障，所以根据温度与电阻值变化曲线图，电阻矩阵的最小单位是4Ω的电阻，最大为100Ω的电阻。铂薄膜热敏电阻传感器电阻的变化范围为：184.9Ω到3295.1Ω，模拟此温度传感器的电阻，模拟精度约为4欧姆，由于基本成线性变化，因此可以采用分段式组合方式，即数字电位器+标准电阻组合的方式进行模拟，结查，可以选用2.8KΩ的数字电位器进行模拟，型号为：X925，模拟范围为180Ω～3.68kΩ，精度为2.5Ω。

实施例1

温度传感器检测到温度值，通过一系列转换与采样后，CPU得到一个30℃的一个检测温度值，该值根据温度值与电阻值对应表，加入30摄氏度对应的电阻是154Ω，那么温度模拟采集***的电阻矩阵就会串联上一个100Ω，两个20Ω，一个10Ω和一个4Ω的电阻，得到一个154Ω的电阻值，该阻值再经过采样电路，CPU得到的温度值是32℃，该值与温度传感器检测到的30℃存在2℃的差值，CPU则判断出温度传感器出现故障，那么整个诊断过程就结束。整个诊断过程的的重点是：根据温度传感器的值模拟传感器能模拟出相应的准确的电阻值给到CPU，检测室相同环境下相同参数的不同温度值。

Claims (5)

1.一种温度采集故障自我诊断***，其特征在于该***包括：温度采集传感器、电阻温度变化及采样电路、温度模拟***，温度采集传感器根据实际温度的变化，得出不同的电阻值，经采样电路采样后得出不同的温度值，根据温度模拟***算法得到的温度值，参照铂电阻温度与电阻值对照表，得出测量出的温度值对应的电阻值，中央处理器采样到一个新的模拟的温度值，从而比较模拟温度值与温度采集传感器实际温度值诊断出温度采集***的准确性。

2.如权利要求1所述的一种温度采集故障自我诊断***，其特征在于温度传感器采集具体实现方法为：铂电阻温度采集传感器在感应到温度变化时，其阻值会发生相应的变化，电阻变化的同时，通过电阻电压转化电路、信号放大电路、采样电路等获取到相应的数据，再经过数据滤波电路将采集到的准确值发送给中央处理器，中央处理器根据采集到的数据可得到温度值。

3.如权利要求1所述的一种温度采集故障自我诊断***，其特征在于所述的温度模拟***算法具体为：温度采集传感器采用铂电阻采集，当检测到温度在0～630.74℃范围内用Rt＝R0(1+At+Bt2)表示，在-190～0℃范围内为Rt＝R0(1+At+Bt2+Ct3)，式中R0、Rt为温度0°及t°时铂电阻的电阻值，t为任意温度，A、B、C为温度系数，A＝3.9684×10-3/℃，B＝-5.847×10-7/℃2，C＝-4.22×10-l2/℃3，当R0值不同时，在同样温度下，其Rt值也不同，当温度变化的时候，铂电阻的阻值也随之变化，通过以上电阻-温度表达式便可以计算出相对应的温度。

4.如权利要求1所述的一种温度采集故障自我诊断***，其特征在于所述的温度模拟***由标准电阻阵列、数字电位器组合、电气隔离电路、多路选择阵列及中央处理器组成，通过串并联电阻阵列和数字电位器组合配置出需要的不同电阻值作为铂电阻温度与电阻值对照表。

5.如权利要求1所述的一种温度采集故障自我诊断***，其特征在于采样电路包括电阻R1、R2、滑动变阻器VR2和接插件P1组成的传感器测量电桥，接插件P1上接插铂电阻Pt100，电阻R1连接接插件P1的1号管脚，并引出一端连接电阻R3后至运算放大器U1A的3号管脚，电阻R1另一端串联电阻R8至电源Vcc，并引出一端连接滑动变阻器VR1，滑动变阻器VR1另一端接地，为了保证电桥输出电压信号的稳定性，滑动变阻器VR1两端并联通过稳压源TL431将电桥的电压稳定在2.5V，电阻R2串联滑动变阻器VR2后连接接插件P1的2号管脚，并引出一端连接电阻R4至运算放大器U1A的2号管脚，运算放大器U1A的3号管脚抽出一端连接电阻R5后接地，4号管脚连接电容C1滤波，2号管脚与1号管脚之间并联电阻R6后串联电阻R7，电阻R7另一端连接稳压二极管D1及电容C2后输送给中央处理器输入端。