CN107687905B - 一种铂电阻温度采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铂电阻温度采集装置，包括：恒流源，用于提供恒定直流信号；自诊断及标定模块，分别与所述恒流源和待测铂电阻连接，基于所述恒流源提供的直流信号和铂电阻进行误差标定及故障诊断；电压采集模块，与所述自诊断及标定模块连接，由所述自诊断及标定模块控制采集铂电阻的电压信号以实现温度采集。本发明可以实现计算不同温度环境下采集***的一致性误差和线路断线故障时及时准确的故障自诊断定位。

Description

一种铂电阻温度采集装置

技术领域

本发明属于检测技术领域，具体地说，尤其涉及一种铂电阻温度采集装置。

背景技术

温度是工业生产及使用过程中的一项重要测量参数，温度测量和标定的准确性直接影响着产品生产和产品运行质量。随着测量技术的发展，对温度测量精度的要求也越来越高，比如机车行业的水温传感器误差要求就在1℃以内。

因工作原理简单、设计电路简易，铂电阻温度采集***广泛应用于医疗、电机、工业等领域。但是，目前主流的铂电阻温度采集***(非集成电路芯片)不具备电路检测功能，尤其是在复杂工业环境下，震动造成的线路连接不稳定，带来的故障普遍存在。另外，在主流的温度误差标定方案中，需要外接滑动电阻或高精度电阻来进行标定，如采集部分和标定修订算法部分开的话，每次单独更换采集卡都要面临外接电阻来重新标定。

因此，对于铂电阻温度采集***来说，如何进一步消除误差以提高***的采集精度，以及现场的接线如何保证稳定可靠、能否及时准确对故障进行判断，都是需要解决的重要问题。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种铂电阻温度采集装置，可实现计算不同温度环境下采集***的一致性误差和线路断线故障时及时准确的故障自诊断定位。

根据本发明的一个实施例，提供了一种铂电阻温度采集装置，包括：

恒流源，用于提供恒定直流信号；

自诊断及标定模块，分别与所述恒流源和待测铂电阻连接，基于所述恒流源提供的直流信号和铂电阻进行误差标定及故障诊断；

电压采集模块，与所述自诊断及标定模块连接，由所述自诊断及标定模块控制采集铂电阻的电压信号以实现温度采集。

根据本发明的一个实施例，所述自诊断及标定模块包括：

第一二选一开关，其固定端与所述恒流源连接，第一移动端与铂电阻一端连接，第二移动端与高精度标定电阻一端连接；

第二二选一开关，其固定端与所述电压采集模块一输入端口连接，第一移动端与第一二选一开关的第一移动端连接，第二移动端与第一二选一开关的第二移动端连接，第一移动端与第二移动端通过第一操作开关连接；

第三二选一开关，其固定端与所述电压采集模块另一输入端口连接，第一移动端与高精度标定电阻另一端连接，第二移动端与铂电阻另一端连接，第一移动端与第二移动端通过第二操作开关连接；

第四二选一开关，其固定端与地连接，第一移动端与高精度标定电阻另一端连接，第二移动端与铂电阻另一端连接。

根据本发明的一个实施例，所述装置构造成能够在采用四线制对铂电阻进行温度采集时使得：

断开第一操作开关和第二操作开关，第一二选一开关和第二二选一开关各自的第一移动端和对应的固定端连通，第三二选一开关和第四二选一开关各自的第二移动端和对应的固定端连通。

根据本发明的一个实施例，所述装置构造成能够在采用三线制对铂电阻进行温度采集时使得：

闭合第一操作开关，断开第二操作开关，第一二选一开关、第三二选一开关和第四二选一开关各自的第二移动端与对应的固定端连通，第二二选一开关的第一移动端与对应的固定端连通。

根据本发明的一个实施例，所述装置构造成能够在采用二线制对铂电阻进行温度采集时使得：

闭合第一操作开关和第二操作开关，第一二选一开关和第二二选一开关各自的第二移动端与对应的固定端连通，第三二选一开关和第四二选一开关各自的第一移动端与对应的固定端连通。

根据本发明的一个实施例，所述装置构造成能够在进行误差标定时使得：

断开第一操作开关和第二操作开关，第一二选一开关和第二二选一开关各自的第二移动端与对应的固定端连通，第三二选一开关和第四二选一开关各自的第一移动端与对应的固定端连通。

根据本发明的一个实施例，所述电压采集模块包括运放电路，用于对采集的电压信号进行放大处理。

根据本发明的一个实施例，所述电压采集模块还包括与所述运放电路连接的模数转换电路，用于将模拟的放大后的电压信号转换为数字信号来进行处理。

根据本发明的一个实施例，当所述电压采集模块采集到的铂电阻两端电压异常时，通过第一操作开关和第二操作开关断开闭合，结合第一二选一开关、第二二选一开关、第三二选一开关和第四二选一开关各自的连通情况，对铂电阻连接线路进行故障诊断及定位。

根据本发明的一个实施例，当所述电压采集模块采集到的铂电阻两端电压异常时，通过第一操作开关和第二操作开关断开闭合，结合第一二选一开关、第二二选一开关、第三二选一开关和第四二选一开关各自的连通情况，对铂电阻连接线路进行故障诊断。

本发明带来了如下有益效果。

本发明采用了内部集成的高精度电阻，从而可实现计算不同温度环境下采集***的一致性误差。另外，本发明采用了开关切换，可灵活配置二、三、四线制的温度采集方案，从而能够兼容多种精度需求的情况，并可准确进行四线制温度采集***的任意线缆断路的故障诊断及定位、二线制和三线制的故障智能诊断，从而大大提高了产品的用户体验，降低了现场故障排查的成本和风险。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是根据本发明的一个实施例的一种铂电阻温度采集装置的结构示意图；

图2是根据本发明的一个实施例的一种铂电阻温度采集装置的***框图；

图3是根据本发明的一个实施例的一种二线制铂电阻温度采集的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

在现有的铂电阻温度采集***设计中，如果采用分立器件搭建的电路，则大部分产品为降低误差，在考虑了外部接线的线路误差条件下，可采用三线或四线制。在另一些方案中，则采用了高精度的AD采样芯片来减少转换误差。还有的方案则是在产品出场前通过外部设备对电路进行误差标定，从而能在后续使用中减少一致性误差。

这些方案未能全面有效地实现高精度采集。第一种、第二种方案对***的一致性误差无能为力，且四线制在现场使用出现了短线故障的情况下也不能及时进行故障判断定位；第三种方案则对产品出厂测试标定要求很高，尤其是分立器件存在温漂特性，不同温度情况下标定值不同，因而不能很好地进行一致性误差的消除。

如图1所示为根据本发明的一个实施例的一种铂电阻温度采集装置结构示意图，以下参考图1来对本发明进行详细说明。

如图1所示，该铂电阻温度采集装置包括恒流源3、自诊断及标定模块2和电压采集模块4。其中，恒流源3用于提供恒定直流信号；自诊断及标定模块2分别与恒流源和待测铂电阻1连接，基于恒流源3提供的直流信号对待测铂电阻1进行误差标定及故障诊断；电压采集模块2与自诊断及标定模块2连接，由自诊断及标定模块2控制采集待测铂电阻1的电压信号以实现温度采集。

本发明不仅能够实现通过铂电阻进行温度采集，还能够通过自诊断及标定模块来在未外接铂电阻1的情况下进行整个采集***的误差标定。此外，自诊断及标定模块2也可以在外接PT100铂电阻1的情况下在采集电压异常时进行断线的故障诊断，从而解决线缆误差、器件一致性误差问题，同时也能及时实现线路断线故障诊断。

在本发明的一个实施例中，如图2所示，该自诊断及标定模块包括第一二选一开关21、第二二选一开关22、第三二选一开关23和第四二选一开关24。其中，第一二选一开关21的固定端与恒流源3连接，第一移动端与铂电阻1一端连接，第二移动端与高精度标定电阻27一端连接；第二二选一开关22的固定端与电压采集模块4一输入端口连接，第一移动端与第一二选一开关21的第一移动端连接，第二移动端与第一二选一开关21的第二移动端连接，第一移动端与第二移动端通过第一操作开关25连接；第三二选一开关23的固定端与电压采集模块4的另一输入端口连接，第一移动端与高精度标定电阻27另一端连接，第二移动端与铂电阻1另一端连接，第一移动端与第二移动端通过第二操作开关26连接；第四二选一开关24的固定端与地连接，第一移动端与高精度标定电阻27另一端连接，第二移动端与铂电阻1的另一端连接。通过自诊断及标定模块2中各二选一开关、操作开关及高精度标定电阻1的配合，可以实现四线制、三线制和二线制温度采集，并可实现整个温度采集***的误差标定，还可以实现采集电压异常时的断线故障诊断。

具体的，在采用四线制对铂电阻进行温度采集时，该装置可断开第一操作开关25和第二操作开关26，第一二选一开关21和第二二选一开关22各自的第一移动端和对应的固定端连通，第三二选一开关23和第四二选一开关24各自的第二移动端和对应的固定端连通。各操作开关和各二选一开关配合，即将铂电阻1的一端分别与恒流源3和电压采集模块4的一输入端口连接，另一端分别与地和电压采集模块4的另一输入端口连接，从而实现四线制铂电阻温度采集。

在采用三线制对铂电阻进行温度采集时，该装置可闭合第一操作开关25，断开第二操作开关26，第一二选一开关21、第三二选一开关23和第四二选一开关24各自的第二移动端与对应的固定端连通，第二二选一开关22的第一移动端与对应的固定端连通。各操作开关和各二选一开关配合，即将铂电阻1的一端与电压采集模块4的一输入端口连接，另一端与电压采集模块4的另一输入端口和地连接，从而实现三线制铂电阻温度采集。

在采用二线制对铂电阻进行温度采集时，该装置可闭合第一操作开关25和第二操作开关26，第一二选一开关21和第二二选一开关22各自的第二移动端与对应的固定端连通，第三二选一开关23和第四二选一开关24各自的第一移动端与对应的固定端连通。各操作开关和各二选一开关配合，即将铂电阻1与高精度标定电阻27并联，如图3所示，从而实现二线制铂电阻温度采集。

在采用本发明所述的装置进行误差标定时，断开第一操作开关25和第二操作开关26，第一二选一开关21和第二二选一开关22各自的第二移动端与对应的固定端连通，第三二选一开关23和第四二选一开关24各自的第一移动端与对应的固定端连通此时，外部的PT100铂电阻1处于断开状态。恒流源3的电流经高精度标定电阻27流向GND，电压采集模块4采集高精度标定电阻27两端电压。通过计算标定电阻的实际电压值/理论电压值，从而准确地计算由恒流源3、高精度标定电阻27和电压采集模块4组成的整个采集***的一致性误差值。

当电压采集模块采用四线制采集到的铂电阻两端电压异常时，通过第一操作开关25和第二操作开关26断开闭合，结合第一二选一开关21、第二二选一开关22、第三二选一开关23和第四二选一开关24各自的连通情况，对铂电阻的各连接线路进行故障诊断及定位。

例如，采用四线制时，采集电压为0，此时将第一操作开关25闭合，第二操作开关26断开，第一、第三和第四二选一开关各连通第二移动端，第二二选一开关22连通第一移动端，此时PT100铂电阻1处于三线制接法。如此时温度采集正常，则说明第一二选一开关21的1端输出到PT100铂电阻1的线缆断路。

如果采集电压为非0且非满量程的异常值，此时将第一操作开关25断开，第二操作开关26闭合，第一、第二、第三、第四二选一开关各连通第二移动端，此时PT100铂电阻1处于三线制接法。如此时温度采集正常，则说明第二二选一开关21的1端与第一操作开关25的输出公共端输出到PT100铂电阻1的线缆断路。

采用四线制时，采集电压为0，此时将第一操作开关25断开，第二操作开关26闭合，第一、第二、第三、第四二选一开关各连通第一移动端，此时PT100铂电阻1处于三线制接法。如此时温度采集正常，则说明第四二选一开关24的2端输出到PT100铂电阻1的线缆断路。

如果采集电压为超量程，此时将第一操作开关25、第二操作开关26断开，第一、第三、第四二选一开关各连通第一移动端，第二二选一开关22连通第二移动端。如此时温度采集正常，则说明第三二选一开关23的2端与第二操作开关26输出公共端到PT100铂电阻1的线缆断路。

此外，利用以上开关来组合也能判断同时两根甚至以上的断线故障，此处不再详述。

当电压采集模块采用三线制或二线制，采集到的铂电阻两端电压异常时，通过第一操作开关25和第二操作开关26断开闭合，结合第一二选一开关21、第二二选一开关22、第三二选一开关23和第四二选一开关24各自的连通情况，对铂电阻连接线路进行故障诊断。例如，采用如图3所示的二线制时，当不接外部PT100铂电阻1时，也能实现计算由恒流源3、高精度电阻27和电压采集模块4组成的内部采集***的一致性误差。当外接PT100铂电阻1时，利用一致性误差能反算出实际温度值，但接线线缆误差无法进行消除。同时，该方案能实现场线缆断路故障诊断，但是显然不能定位具体是那根线缆。

采用三线制时也能实现实现场线缆断路故障精确诊断，类似于四线制短路故障精确诊断。由于三线接法两种，每种接法的单路断线故障精确判断三种情况，多路故障判断更多，此处不再详述。

在本发明的一个实施例中，该电压采集模块4包括运放电路，用于对采集的电压信号进行放大处理。该电压采集模块还包括与运放电路连接的模数转换电路，用于将模拟的放大后的电压信号转换为数字信号来进行处理。

本发明采用了内部集成高精度电阻，从而可实现计算不同温度环境下采集***的一致性误差。另外，本发明采用了开关切换，可灵活配置二、三、四线制的温度采集方案，能够兼容多种精度需求的情况，并可准确进行四线制温度采集***的任意线缆断路的故障诊断及定位、二线制和三线制的故障智能诊断，从而大大提高了产品的用户体验，降低了现场故障排查的成本和风险。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种铂电阻温度采集装置，包括：

恒流源，用于提供恒定直流信号；

自诊断及标定模块，分别与所述恒流源和待测铂电阻连接，基于所述恒流源提供的直流信号和铂电阻进行误差标定及故障诊断；

电压采集模块，与所述自诊断及标定模块连接，由所述自诊断及标定模块控制采集铂电阻的电压信号以实现温度采集，其中，所述自诊断及标定模块包括：

第一二选一开关，其固定端与所述恒流源连接，第一移动端与铂电阻一端连接，第二移动端与高精度标定电阻一端连接；

第二二选一开关，其固定端与所述电压采集模块一输入端口连接，第一移动端与第一二选一开关的第一移动端连接，第二移动端与第一二选一开关的第二移动端连接，所述第二二选一开关的第一移动端与第二移动端通过第一操作开关连接；

第三二选一开关，其固定端与所述电压采集模块另一输入端口连接，第一移动端与高精度标定电阻另一端连接，第二移动端与铂电阻另一端连接，所述第三二选一开关的第一移动端与第二移动端通过第二操作开关连接；

第四二选一开关，其固定端与地连接，第一移动端与高精度标定电阻另一端连接，第二移动端与铂电阻另一端连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置构造成能够在采用四线制对铂电阻进行温度采集时使得：

断开第一操作开关和第二操作开关，第一二选一开关和第二二选一开关各自的第一移动端和对应的固定端连通，第三二选一开关和第四二选一开关各自的第二移动端和对应的固定端连通。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置构造成能够在采用三线制对铂电阻进行温度采集时使得：

闭合第一操作开关，断开第二操作开关，第一二选一开关、第三二选一开关和第四二选一开关各自的第二移动端与对应的固定端连通，第二二选一开关的第一移动端与对应的固定端连通。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置构造成能够在采用二线制对铂电阻进行温度采集时使得：

闭合第一操作开关和第二操作开关，第一二选一开关和第二二选一开关各自的第二移动端与对应的固定端连通，第三二选一开关和第四二选一开关各自的第一移动端与对应的固定端连通。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置构造成能够在进行误差标定时使得：

断开第一操作开关和第二操作开关，第一二选一开关和第二二选一开关各自的第二移动端与对应的固定端连通，第三二选一开关和第四二选一开关各自的第一移动端与对应的固定端连通。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电压采集模块包括运放电路，用于对采集的电压信号进行放大处理。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述电压采集模块还包括与所述运放电路连接的模数转换电路，用于将模拟的放大后的电压信号转换为数字信号来进行处理。

8.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，当所述电压采集模块采集到的铂电阻两端电压异常时，通过第一操作开关和第二操作开关断开闭合，结合第一二选一开关、第二二选一开关、第三二选一开关和第四二选一开关各自的连通情况，对铂电阻连接线路进行故障诊断及定位。

9.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于，当所述电压采集模块采集到的铂电阻两端电压异常时，通过第一操作开关和第二操作开关断开闭合，结合第一二选一开关、第二二选一开关、第三二选一开关和第四二选一开关各自的连通情况，对铂电阻连接线路进行故障诊断。

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