CN109738087A - 多通道三线制热电阻测量***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多通道三线制热电阻测量***及方法，包括双路切换开关U1和双路切换开关U2，双路切换开关U1和双路切换开关U2均包括两个光耦继电器，二极管的阳极端与基准电压相连，二极管的阴极端经电阻Rx与信号输入端相连，模拟开关的第一端为输出信号端，双路切换开关U1的模拟开关的第二端与双路切换开关U2的模拟开关的第二端并联后经线阻分别与待测热电阻的两端相连，待测热电阻的端头还依次经线阻、单向二极管D1接地。本发明采用上述结构的多通道三线制热电阻测量***及方法，通过恒流源采集和电压采样分开使用光耦继电器，使得光耦继电器内阻随着温度变化只影响采样电路的输入阻抗，而不影响采集结果，从而消除了光耦继电器内阻对测量结果的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种热电阻测量技术，尤其涉及一种多通道三线制热电阻测量***及方法。
背景技术
目前市场上对三线制PT100或PT1000等热电阻采样通道切换电路的设计，使得通道切换电路时会对热电阻的采样值产生影响，通道切换电路在环境温度变化时，热电阻的采样值会随之变化。
即原有通道切换电路中采用恒流输出和电压采样共用通道里的一个双路光耦(AQW214EH或AQW216EH)，由于光耦内阻普遍在几十欧姆到几百欧姆之间，随着环境温度的变化，内阻会跟随增大或减小，双路光耦的内阻在变化时会随机产生差异，以PT100为例，一般在负几十欧姆到正几十欧姆，由于有恒流的经过，差异电压就会叠加到采样电压上面，从而影响采样的结果，输出值的变化大约也在负几十欧姆到正几十欧姆，反应到温度显示值就会有10度以上的偏差，采样精度较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种多通道三线制热电阻测量***及方法，通过恒流源采集和电压采样分开使用光耦继电器，使得光耦继电器内阻随着温度变化只影响采样电路的输入阻抗，而不影响采集结果，从而消除了光耦继电器内阻对测量结果的影响。
为实现上述目的，本发明提供了一种多通道三线制热电阻测量***及方法，包括双路切换开关U1和双路切换开关U2，所述双路切换开关U1和所述双路切换开关U2均包括两个光耦继电器SSRx，所述光耦继电器SSRx包括二极管Lx和模拟开关Kx，所述二极管Lx的阳极端与基准电压相连，所述二极管Lx的阴极端经电阻Rx与信号输入端相连，所述模拟开关Kx的第一端为输出信号端，所述双路切换开关U1的所述模拟开关Kx的第二端与所述双路切换开关U2的所述模拟开关Kx的第二端并联后经接线端子、线阻rx分别与待测热电阻的两端相连，所述待测热电阻的端头还依次经线阻rx、单向二极管D1接地。
优选的，所述双路切换开关U1包括光耦继电器SSR1和光耦继电器SSR2，双路切换开关U2包括光耦继电器SSR3和光耦继电器SSR4；
所述光耦继电器SSR1的所述模拟开关Kx与所述光耦继电器SSR3的所述模拟开关Kx并联后依次经所述接线端子的通道1-2、线阻r1与所述待测热电阻的一端相连；
所述光耦继电器SSR2的所述模拟开关Kx与所述光耦继电器SSR4的所述模拟开关Kx并联后依次经所述接线端子的通道3-4、线阻r2与所述待测热电阻的另一端相连；
所述待测热电阻的端头还经线阻r3、所述接线端子的通道5-6、所述单向二极管D1接地。
优选的，所述接线端子的通道1-2、所述线阻r1、所述待测热电阻、所述线阻r3、所述接线端子的通道5-6、所述单向二极管D1构成测量通道A；
所述接线端子的通道3-4、所述线阻r2、所述待测热电阻、所述线阻r3、所述接线端子的通道5-6、所述单向二极管D1构成测量通道B。
优选的，所述光耦继电器SSR1由二极管L1和模拟开关K1组成，所述光耦继电器SSR2由二极管L2和模拟开关K2组成，所述光耦继电器SSR3由二极管L3和模拟开关K3组成，所述光耦继电器SSR4由二极管L4和模拟开关K4组成。
优选的，所述双路切换开关U1的所述模拟开关Kx的第一端连接AD转换器的输入端；
所述双路切换开关U2的所述模拟开关Kx的第一端连接恒流发生源的输出端；
所述恒流发生源的输出电流为A。
优选的，所述双路切换开关U1和所述双路切换开关U2的型号均为AQW214EH。
优选的，所述接线端子的型号为Header 3X2。
优选的，所述信号输入端连接HC138-Yx译码器。
优选的，所述待测热电阻为pt100或者pt1000。
一种多通道三线制热电阻测量方法，包括以下步骤：
S1、计算所述测量通道A的电压值UA：
U(A)＝U(接线端子1-2)+U(r1)+U(待测热电阻)+U(r3)+U(接线端子5-6)+U(D1)；
S2、计算所述测量通道B的电压值UB：
U(B)＝U(接线端子3-4)+U(r2)+U(r3)+U(接线端子5-6)+U(D1)；
S3、计算电压值U(A)和电压值U(B)的差值U(AB)；
U(AB)＝U(A)-U(B)＝{U(接线端子1-2)+U(r1)+U(待测热电阻)+U(r3)+U(接线端子5-6)+U(D1)}-{U(接线端子3-4)+U(r2)+U(r3)+U(接线端子5-6)+U(D1)}
整理可得：U(AB)＝U(接线端子1-2)+U(r1)+U(待测热电阻)-U(接线端子3-4)-U(r2)；
S4、由所述光耦继电器SSR1的所述模拟开关Kx的第一端采集U(AIN1+)，同时由所述光耦继电器SSR2的所述模拟开关Kx的第一端采集U(AIN1-)计算U(AIN1+～AIN1-)：
U(AIN1+～AIN1-)＝U(AIN1+)-U(AIN1-)＝U(AB)+U(K1)-U(K2)＝U(接线端子1-2)+U(r1)+U(待测热电阻)-U(接线端子3-4)-U(r2)+U(K1)-U(K2)；
S5、计算U(待测热电阻)：
U(待测热电阻)＝U(AIN1+～AIN1-)-{U(接线端子1-2)+U(r1)-U(接线端子3-4)-U(r2)+U(K1)-U(K2)}＝U(AIN1+～AIN1-)+U(接线端子3-4)+U(r2)+U(K2)-U(接线端子1-2)-U(r1)-U(K1)；
S6、计算R(待测电阻)：
R(待测电阻)＝U(待测热电阻)/A。
因此，本发明采用上述结构的多通道三线制热电阻测量***及方法，通过恒流源采集和电压采样分开使用光耦继电器，当温度变化时采样通道电路由于没有恒流经过，使得光耦继电器内阻随着温度变化只影响采样电路的输入阻抗，AD转换器的输入阻抗一般有2M以上，双路光耦继电器内阻随着环境变化产生的差异电阻一般在负几十欧姆到正几十欧姆，叠加到输入阻抗上对输入结果影响约十万分之几，基本可忽略不计，另外，由于采样电路中光耦继电器的内阻不再参与到采样电阻电路中的拓扑结构运算，只相当于一个单纯的电阻采样电路，故不会影响采集结果，从而消除了光耦继电器内阻对测量结果的影响。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的实施例一种多通道三线制热电阻测量***的电路原理图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
图1为本发明的实施例一种多通道三线制热电阻测量***的电路原理图，如图1所示，本发明的结构，包括双路切换开关U1和双路切换开关U2，所述双路切换开关U1和所述双路切换开关U2均包括两个光耦继电器SSRx，所述光耦继电器SSRx包括二极管Lx和模拟开关Kx，所述二极管Lx的阳极端与基准电压相连，所述二极管Lx的阴极端经电阻Rx与信号输入端相连，所述模拟开关Kx的第一端为输出信号端，所述双路切换开关U1的所述模拟开关Kx的第二端与所述双路切换开关U2的所述模拟开关Kx的第二端并联后经接线端子、线阻rx分别与待测热电阻的两端相连，所述待测热电阻的端头还依次经线阻rx、单向二极管D1接地。
优选的，所述双路切换开关U1包括光耦继电器SSR1和光耦继电器SSR2，双路切换开关U2包括光耦继电器SSR3和光耦继电器SSR4；
所述光耦继电器SSR1的所述模拟开关Kx与所述光耦继电器SSR3的所述模拟开关Kx并联后依次经所述接线端子的通道1-2、线阻r1与所述待测热电阻的一端相连；
所述光耦继电器SSR2的所述模拟开关Kx与所述光耦继电器SSR4的所述模拟开关Kx并联后依次经所述接线端子的通道3-4、线阻r2与所述待测热电阻的另一端相连；
所述待测热电阻的端头还经线阻r3、所述接线端子的通道5-6、所述单向二极管D1接地。
优选的，所述接线端子的通道1-2、所述线阻r1、所述待测热电阻、所述线阻r3、所述接线端子的通道5-6、所述单向二极管D1构成测量通道A；
所述接线端子的通道3-4、所述线阻r2、所述待测热电阻、所述线阻r3、所述接线端子的通道5-6、所述单向二极管D1构成测量通道B。
优选的，所述光耦继电器SSR1由二极管L1和模拟开关K1组成，所述光耦继电器SSR2由二极管L2和模拟开关K2组成，所述光耦继电器SSR3由二极管L3和模拟开关K3组成，所述光耦继电器SSR4由二极管L4和模拟开关K4组成。
优选的，所述双路切换开关U1的所述模拟开关Kx的第一端连接AD转换器的输入端；
所述双路切换开关U2的所述模拟开关Kx的第一端连接恒流发生源的输出端；
所述恒流发生源的输出电流为A。
优选的，所述双路切换开关U1和所述双路切换开关U2的型号均为AQW214EH。
优选的，所述接线端子的型号为Header 3X2。
优选的，所述信号输入端连接HC138-Yx译码器。
优选的，所述待测热电阻为pt100或者pt1000。
一种多通道三线制热电阻测量方法，包括以下步骤：
S1、计算所述测量通道A的电压值UA：
U(A)＝U(接线端子1-2)+U(r1)+U(待测热电阻)+U(r3)+U(接线端子5-6)+U(D1)；
S2、计算所述测量通道B的电压值UB：
U(B)＝U(接线端子3-4)+U(r2)+U(r3)+U(接线端子5-6)+U(D1)；
S3、计算电压值U(A)和电压值U(B)的差值U(AB)；
U(AB)＝U(A)-U(B)＝{U(接线端子1-2)+U(r1)+U(待测热电阻)+U(r3)+U(接线端子5-6)+U(D1)}-{U(接线端子3-4)+U(r2)+U(r3)+U(接线端子5-6)+U(D1)}
整理可得：U(AB)＝U(接线端子1-2)+U(r1)+U(待测热电阻)-U(接线端子3-4)-U(r2)；
S4、由所述光耦继电器SSR1的所述模拟开关Kx的第一端采集U(AIN1+)，同时由所述光耦继电器SSR2的所述模拟开关Kx的第一端采集U(AIN1-)计算U(AIN1+～AIN1-)：
U(AIN1+～AIN1-)＝U(AIN1+)-U(AIN1-)＝U(AB)+U(K1)-U(K2)＝U(接线端子1-2)+U(r1)+U(待测热电阻)-U(接线端子3-4)-U(r2)+U(K1)-U(K2)；
S5、计算U(待测热电阻)：
U(待测热电阻)＝U(AIN1+～AIN1-)-{U(接线端子1-2)+U(r1)-U(接线端子3-4)-U(r2)+U(K1)-U(K2)}＝U(AIN1+～AIN1-)+U(接线端子3-4)+U(r2)+U(K2)-U(接线端子1-2)-U(r1)-U(K1)；
S6、计算R(待测电阻)：
R(待测电阻)＝U(待测热电阻)/A。
因U(接线端子1-2)、U(r1)、U(接线端子3-4)、U(r2)均为金属材质，随环境温度变化的影响较小，一般在几十毫欧到几欧姆以内，线越长内阻越大，但是较为固定，且由于流经光耦继电器的模拟开关K1和模拟开关K2的电流只有几到十几纳安，故其内阻随温度变化所引起的差异电压U(K1)-U(K2)在0.01uv～1uv之间，而U(AB)一般在mv级以上，故无论温度变化如何U(K1)-U(K2)都可以忽略不计，从而消除了光耦内阻对测量结果的影响，提高了测量精度。
因此，本发明采用上述结构的多通道三线制热电阻测量***及方法，通过恒流源采集和电压采样分开使用光耦继电器，使得光耦继电器内阻随着温度变化只影响采样电路的输入阻抗，而不影响采集结果，从而消除了光耦继电器内阻对测量结果的影响。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种多通道三线制热电阻测量***，其特征在于：包括双路切换开关U1和双路切换开关U2，所述双路切换开关U1和所述双路切换开关U2均包括两个光耦继电器SSRx，所述光耦继电器SSRx包括二极管Lx和模拟开关Kx，所述二极管Lx的阳极端与基准电压相连，所述二极管Lx的阴极端经电阻Rx与信号输入端相连，所述模拟开关Kx的第一端为输出信号端，所述双路切换开关U1的所述模拟开关Kx的第二端与所述双路切换开关U2的所述模拟开关Kx的第二端并联后经接线端子、线阻rx分别与待测热电阻的两端相连，所述待测热电阻的端头还依次经线阻rx、单向二极管D1接地。
2.根据权利要求1所述的一种多通道三线制热电阻测量***，其特征在于：所述双路切换开关U1包括光耦继电器SSR1和光耦继电器SSR2，双路切换开关U2包括光耦继电器SSR3和光耦继电器SSR4；
所述光耦继电器SSR1的所述模拟开关Kx与所述光耦继电器SSR3的所述模拟开关Kx并联后依次经所述接线端子的通道1-2、线阻r1与所述待测热电阻的一端相连；
所述光耦继电器SSR2的所述模拟开关Kx与所述光耦继电器SSR4的所述模拟开关Kx并联后依次经所述接线端子的通道3-4、线阻r2与所述待测热电阻的另一端相连；
所述待测热电阻的端头还经线阻r3、所述接线端子的通道5-6、所述单向二极管D1接地。
3.根据权利要求2所述的一种多通道三线制热电阻测量***，其特征在于：所述接线端子的通道1-2、所述线阻r1、所述待测热电阻、所述线阻r3、所述接线端子的通道5-6、所述单向二极管D1构成测量通道A；
所述接线端子的通道3-4、所述线阻r2、所述待测热电阻、所述线阻r3、所述接线端子的通道5-6、所述单向二极管D1构成测量通道B。
4.根据权利要求2所述的一种多通道三线制热电阻测量***，其特征在于：所述光耦继电器SSR1由二极管L1和模拟开关K1组成，所述光耦继电器SSR2由二极管L2和模拟开关K2组成，所述光耦继电器SSR3由二极管L3和模拟开关K3组成，所述光耦继电器SSR4由二极管L4和模拟开关K4组成。
5.根据权利要求1所述的一种多通道三线制热电阻测量***，其特征在于：所述双路切换开关U1的所述模拟开关Kx的第一端连接AD转换器的输入端；
所述双路切换开关U2的所述模拟开关Kx的第一端连接恒流发生源的输出端；
所述恒流发生源的输出电流为A。
6.根据权利要求1所述的一种多通道三线制热电阻测量***，其特征在于：所述双路切换开关U1和所述双路切换开关U2的型号均为AQW214EH。
7.根据权利要求1所述的一种多通道三线制热电阻测量***，其特征在于：所述接线端子的型号为Header3X2。
8.根据权利要求1所述的一种多通道三线制热电阻测量***，其特征在于：所述信号输入端连接HC138-Yx译码器。
9.根据权利要求1所述的一种多通道三线制热电阻测量***，其特征在于：所述待测热电阻为pt100或者pt1000。
10.一种基于上述权利要求1-9任一项所述的多通道三线制热电阻测量***的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、计算所述测量通道A的电压值UA：
U(A)＝U(接线端子1-2)+U(r1)+U(待测热电阻)+U(r3)+U(接线端子5-6)+U(D1)；
S2、计算所述测量通道B的电压值UB：
U(B)＝U(接线端子3-4)+U(r2)+U(r3)+U(接线端子5-6)+U(D1)；
S3、计算电压值U(A)和电压值U(B)的差值U(AB)；
U(AB)＝U(A)-U(B)＝{U(接线端子1-2)+U(r1)+U(待测热电阻)+U(r3)+U(接线端子5-6)+U(D1)}-{U(接线端子3-4)+U(r2)+U(r3)+U(接线端子5-6)+U(D1)}
整理可得：U(AB)＝U(接线端子1-2)+U(r1)+U(待测热电阻)-U(接线端子3-4)-U(r2)；
S4、由所述光耦继电器SSR1的所述模拟开关Kx的第一端采集U(AIN1+)，同时由所述光耦继电器SSR2的所述模拟开关Kx的第一端采集U(AIN1-)计算U(AIN1+～AIN1-)：
U(AIN1+～AIN1-)＝U(AIN1+)-U(AIN1-)＝U(AB)+U(K1)-U(K2)＝U(接线端子1-2)+U(r1)+U(待测热电阻)-U(接线端子3-4)-U(r2)+U(K1)-U(K2)；
S5、计算U(待测热电阻)：
U(待测热电阻)＝U(AIN1+～AIN1-)-{U(接线端子1-2)+U(r1)-U(接线端子3-4)-U(r2)+U(K1)-U(K2){＝U(AIN1+～AIN1-)+U(接线端子3-4)+U(r2)+U(K2)-U(接线端子1-2)-U(r1)-U(K1)；
S6、计算R(待测电阻)：
R(待测电阻)＝U(待测热电阻)/A。
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