CN205808584U - 用于晶体冶炼炉的多路高精度温度巡检仪 - Google Patents
用于晶体冶炼炉的多路高精度温度巡检仪 Download PDFInfo
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Abstract
用于晶体冶炼炉的多路高精度温度巡检仪，涉及晶体冶炼炉多路高精度温度检测领域。本实用新型是为了解决传统温度测量仪表结构功能复杂，采用该仪表测量蓝宝石晶体冶炼炉冷却水温度响应速度慢，精度低，设备针对性差的问题。16路PT100采样电路输出端连多路模拟开关电路输入端，多路模拟开关电路输出端连16位A/D转换电路输入端，16位高精度AD输出端连MCU微处理器输入端，MCU微处理器输出端连显示报警电路输入端，MCU微处理器控制信号输出端连多路模拟开关电路控制信号输入端，MCU微处理器将温度数据通过光电隔离电路和RS485电路传给上位机。它用于对蓝宝石晶体冶炼炉内温度进行检测。
Description
技术领域
本发明涉及晶体冶炼炉温度采样。属于晶体冶炼炉多路高精度温度检测领域。
背景技术
近年来，随着光伏产业市场规模的不断扩大，蓝宝石晶体冶炼炉的需求也随之逐年提高。晶体冶炼炉常常采用水冷的方式进行炉体冷却，由于晶体冶炼炉炉体体积较大，晶体冶炼时对温度要求较高因此常需要多点测量炉体温度。传统温度测量仪表结构功能复杂，因此，响应速度慢，精度低，设备针对性差。
实用新型内容
本发明是为了解决传统温度测量仪表结构功能复杂，采用该仪表测量蓝宝石晶体冶炼炉冷却水温度响应速度慢，精度低，设备针对性差的问题。现提供用于晶体冶炼炉的多路高精度温度巡检仪。
用于晶体冶炼炉的多路高精度温度巡检仪，它包括16个PT100传感器、16路PT100采样电路、多路模拟开关电路、16位A/D转换电路、MCU微处理器、显示报警电路、光电隔离电路和RS485电路，
16个PT100传感器分散固定在晶体冶炼炉所要求的温度采集区域，用于采集晶体冶炼炉不同位置循环水的温度，
每个PT100传感器的温度数据信号输出端分别连接1路PT100采样电路的温度数据信号输入端，
16路PT100采样电路的16路数据信号输出端连接多路模拟开关电路的16路数据信号输入端，
多路模拟开关电路的模拟信号输出端连接16位A/D转换电路的模拟信号输入端，
16位A/D转换电路的数字信号输出端连接MCU微处理器的处理信号输入端，
MCU微处理器的选择控制信号输出端连接多路模拟开关电路的控制信号输入端，
MCU微处理器的报警信号输出端连接显示报警电路的报警信号输入端，
MCU微处理器将温度数据通过光电隔离电路和RS485电路传给上位机。
本实用新型的有益效果为：将16路PT100采样电路固定在晶体冶炼炉所要求的温度采集区域，由16路PT100采样电路采集晶体冶炼炉的温度后，由MCU微处理器控制多路模拟开关电路按设定顺序将温度数据传输到16位A/D转换电路中，由16位A/D转换电路 处理后的数据通过通讯传输到MCU微处理器中，MCU微处理器接收到数据后可以通过显示报警电路将各路温度情况显示出来，并可以通过RS485电路将数据传输到上位机，以便上位机对数据进行处理和分析。当温度超过晶体冶炼炉多路高精度温度巡检仪所设定的温度范围时，温度巡检仪发生报警指示。采用该晶体冶炼炉多路高精度温度巡检仪解决了传统仪表响应速度慢，精度低等缺点。其精度高、采集数量多，通过MODBUS-RTU协议和IEEE-754浮点传输标准将测量温度数据与其他设备进行数据传送，数据可靠、准确，可及时对超温、温度异常进行报警提示功能，确保了晶体冶炼炉在冶炼晶体时的安全可靠。
附图说明
图1为具体实施方式一所述的用于晶体冶炼炉的多路高精度温度巡检仪的原理示意图；
图2为图1中每路PT100采样电路的原理图；
图3为图1中多路模拟开关电路的原理图。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的用于晶体冶炼炉的多路高精度温度巡检仪，它包括16个PT100传感器、16路PT100采样电路1、多路模拟开关电路2、16位A/D转换电路3、MCU微处理器4、显示报警电路5、光电隔离电路6和RS485电路7，
16个PT100传感器分散固定在晶体冶炼炉所要求的温度采集区域，用于采集晶体冶炼炉不同位置循环水的温度，
每个PT100传感器的温度数据信号输出端分别连接1路PT100采样电路1的温度数据信号输入端，
16路PT100采样电路1的16路数据信号输出端连接多路模拟开关电路2的16路数据信号输入端，
多路模拟开关电路2的模拟信号输出端连接16位A/D转换电路3的模拟信号输入端，
16位A/D转换电路3的数字信号输出端连接MCU微处理器4的处理信号输入端，
MCU微处理器4的选择控制信号输出端连接多路模拟开关电路2的控制信号输入端，
MCU微处理器4的报警信号输出端连接显示报警电路5的报警信号输入端，
MCU微处理器4将温度数据通过光电隔离电路6和RS485电路7传给上位机。
本实施方式中，16个PT100传感器与16路PT100采样电路1一一对应，每路PT100采样电路1用来接收1个PT100传感器发送来的温度数据信号。
本实施方式中，16路PT100采样电路1、和多路模拟开关电路2的采样使用了双恒流源电路采样方式；16位A/D转换电路、显示报警电路、光电隔离电路、RS485电路、MCU微处理器可使用现有技术电路实现，光电隔离电路其作用为电气隔离；
晶体冶炼炉用多路高精度温度巡检仪响应速度快，可采集16路温度数据，检测范围-100℃—100℃，检测精度±0.5％F.S，巡检周期0.5S—5S可调。并带有显示、按键、通讯功能，方便用户的直接观察、操作和上位机数据的通讯。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的用于晶体冶炼炉的多路高精度温度巡检仪作进一步说明，本实施方式中，显示报警电路5带有温度报警和传感器故障报警功能。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的用于晶体冶炼炉的多路高精度温度巡检仪作进一步说明，本实施方式中，16路PT100采样电路1的结构均相同，每路PT100采样电路1包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电感L1和电感L2，
每路PT100采样电路1的连接关系为：PT100传感器的一端同时连接电容C1的一端、电容C2的一端和电感L1的一端，
C1的另一端同时连接电容C2的另一端、电容C3的一端、电容C4的一端和电源地，
电容C4的另一端同时连接电容C3的另一端和电感L1的另一端，
PT100传感器的另一端同时连接电源地、电容C5的一端、电容C6的一端和电感L2的一端，
电感L2的另一端同时连接电容C7的一端和电容C8的一端，
电容C8的另一端同时连接电源地、电容C7的另一端、电容C6的另一端和电容C5的另一端，
每路PT100采样电路1的电容C4的另一端的两个输出端分别作为1路PT100采样电路1的数据信号输出端的一个AD芯片的输出信号端X0和一个恒流源输出端IX0，
每路PT100采样电路1的电容C7的一端的两个输出端分别作为1路PT100采样电路1的数据信号输出端的另一个AD芯片的输出信号端Y0和另一个恒流源输出端IY0。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一或具体实施方式三所述的用于晶体冶炼炉的多路高精度温度巡检仪作进一步说明，本实施方式中，多路模拟开关电路2包括4个一号电路、4个二号电路和一个型号为MC54HC138AJ的芯片U3，
4个一号电路的结构均相同，每个一号电路包括型号为CD4052BCM的芯片U1、二极管D1、二极管D2、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4，
每个一号电路的连接关系为：型号为CD4052BCM的芯片U1的16号引脚连接5V供电电源，型号为CD4052BCM的芯片U1的13号引脚连接二极管D1的负极，二极管D1的正极连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接电源地，电阻R3的一端作为多路模拟开关电路2的一个恒流源的输出端，
型号为CD4052BCM的芯片U1的3号引脚连接二极管D2的负极，二极管D2的正极连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接电源地，电阻R4的一端作为多路模拟开关电路2的另一个恒流源的输出端，
型号为CD4052BCM的芯片U1的7号引脚和型号为CD4052BCM的芯片U1的8号引脚分别连接电源地，
4个一号电路中的型号为CD4052BCM的芯片U1的13号引脚均连接在一起，4个一号电路中的型号为CD4052BCM的芯片U1的3号引脚均连接在一起；
4个二号电路的结构均相同，每个二号电路包括型号为CD4052BCM的芯片U2、电阻R5和电阻R6，
每个二号电路的连接关系为：型号为CD4052BCM的芯片U2的16号引脚连接5V供电电源，型号为CD4052BCM的芯片U2的13号引脚连接电阻R5的一端，型号为CD4052BCM的芯片U2的3号引脚连接电阻R6的一端，
4个二号电路中的电阻R5的另一端和电阻R6的另一端均作为多路模拟开关电路2的模拟信号输出端，
每个一号电路的型号为CD4052BCM的芯片U1的9号引脚和10号引脚、每个二号电路的型号为CD4052BCM的芯片U2的9号引脚和10号引脚、型号为MC54HC138AJ的芯片U3的1号引脚、2号引脚和6号引脚均作为多路模拟开关电路2的控制信号输入端，
将16路PT100采样电路1分成四组采样电路，每4路PT100采样电路1为一组采样电路，
每组采样电路与1个一号电路和1个二号电路的连接关系均相同，
其中，一组采样电路与1个一号电路和1个二号电路的连接关系为：
第一个一号电路中的型号为CD4052BCM的芯片U1的12号引脚连接第一路PT100采样电路1的一个恒流源输出端IX0，第一个一号电路中的型号为CD4052BCM的芯片U1的1号引脚连接第一路PT100采样电路1的另一个恒流源输出端IY0，
第一个二号电路中的型号为CD4052BCM的芯片U2的12号引脚连接第一路PT100采样电路1的一个AD芯片的输出信号端X0，第一个二号电路中的型号为CD4052BCM的芯片U2的1号引脚连接第一路PT100采样电路1的另一个AD芯片的输出信号端Y0，
第一个一号电路中的型号为CD4052BCM的芯片U1的14号引脚连接第二路PT100采样电路1的一个恒流源输出端IX1，第一个一号电路中的型号为CD4052BCM的芯片U1的5号引脚连接第二路PT100采样电路1的另一个恒流源输出端IY1，
第一个二号电路中的型号为CD4052BCM的芯片U2的14号引脚连接第二路PT100采样电路1的一个AD芯片的输出信号端X1，第一个二号电路中的型号为CD4052BCM的芯片U2的5号引脚连接第二路PT100采样电路1的另一个AD芯片的输出信号端Y1，
第一个一号电路中的型号为CD4052BCM的芯片U1的15号引脚连接第三路PT100采样电路1的一个恒流源输出端IX2，第一个一号电路中的型号为CD4052BCM的芯片U1的2号引脚连接第三路PT100采样电路1的另一个恒流源输出端IY2，
第一个二号电路中的型号为CD4052BCM的芯片U2的15号引脚连接第三路PT100采样电路1的一个AD芯片的输出信号端X2，第一个二号电路中的型号为CD4052BCM的芯片U2的2号引脚连接第三路PT100采样电路1的另一个AD芯片的输出信号端Y2，
第一个一号电路中的型号为CD4052BCM的芯片U1的11号引脚连接第四路PT100采样电路1的一个恒流源输出端IX3，第一个一号电路中的型号为CD4052BCM的芯片U1的4号引脚连接第四路PT100采样电路1的另一个恒流源输出端IY3，
第一个二号电路中的型号为CD4052BCM的芯片U2的11号引脚连接第四路PT100采样电路1的一个AD芯片的输出信号端X3，第一个二号电路中的型号为CD4052BCM的芯片U2的4号引脚连接第四路PT100采样电路1的另一个AD芯片的输出信号端Y3；
型号为MC54HC138AJ的芯片U3的15号引脚同时连接第一个一号电路中型号为CD4052BCM的芯片U1的6号引脚和第一个二号电路中型号为CD4052BCM的芯片U2的6号引脚，
型号为MC54HC138AJ的芯片U3的14号引脚同时连接第二个一号电路中型号为CD4052BCM的芯片U1的6号引脚和第二个二号电路中型号为CD4052BCM的芯片U2的6号引脚，
型号为MC54HC138AJ的芯片U3的13号引脚同时连接第三个一号电路中型号为CD4052BCM的芯片U1的6号引脚和第三个二号电路中型号为CD4052BCM的芯片U2的6号引脚，
型号为MC54HC138AJ的芯片U3的12号引脚同时连接第四个一号电路中型号为CD4052BCM的芯片U1的6号引脚和第四个二号电路中型号为CD4052BCM的芯片U2的6号引脚。
本实施方式中，型号为CD4052BCM的芯片为多路模拟开关芯片。
工作原理：
晶体冶炼炉多路高精度温度巡检仪带有多路PT100温度采样电路。PT100传感器分别固定在晶体冶炼炉所要求的温度采集区域。PT100温度采样电路采集到晶体冶炼炉的温度后，由MCU微处理器控制多路模拟开关电路按设定顺序将温度数据传输到16位A/D转换电路中，由16位A/D转换电路处理后的数据通过通讯传输到MCU微处理器中，MCU微处理器接收到数据后可以通过显示报警电路将各路温度情况显示出来，并可以通过RS485电路将数据传输到上位机，以便上位机对数据进行处理和分析。当温度超过晶体冶炼炉多路高精度温度巡检仪所设定的温度范围时，温度巡检仪发生报警指示。用户也可通过晶体冶炼炉多路高精度温度巡检仪上的按键对其进行巡检周期设置和显示设置，满足用户自身需要。
当PT100传感器出现故障或未接入时温度巡检仪发生报警提示。
Claims (4)
1.用于晶体冶炼炉的多路高精度温度巡检仪，其特征在于，它包括16个PT100传感器、16路PT100采样电路(1)、多路模拟开关电路(2)、16位A/D转换电路(3)、MCU微处理器(4)、显示报警电路(5)、光电隔离电路(6)和RS485电路(7)，
16个PT100传感器分散固定在晶体冶炼炉所要求的温度采集区域，用于采集晶体冶炼炉不同位置循环水的温度，
每个PT100传感器的温度数据信号输出端分别连接1路PT100采样电路(1)的温度数据信号输入端，
16路PT100采样电路(1)的16路数据信号输出端连接多路模拟开关电路(2)的16路数据信号输入端，
多路模拟开关电路(2)的模拟信号输出端连接16位A/D转换电路(3)的模拟信号输入端，
16位A/D转换电路(3)的数字信号输出端连接MCU微处理器(4)的处理信号输入端，
MCU微处理器(4)的选择控制信号输出端连接多路模拟开关电路(2)的控制信号输入端，
MCU微处理器(4)的报警信号输出端连接显示报警电路(5)的报警信号输入端，
MCU微处理器(4)将温度数据通过光电隔离电路(6)和RS485电路(7)传给上位机。
2.根据权利要求1所述的用于晶体冶炼炉的多路高精度温度巡检仪，其特征在于，显示报警电路(5)带有温度报警和传感器故障报警功能。
3.根据权利要求1所述的用于晶体冶炼炉的多路高精度温度巡检仪，其特征在于，16路PT100采样电路(1)的结构均相同，每路PT100采样电路(1)包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电感L1和电感L2，每路PT100采样电路(1)的连接关系为：PT100传感器的一端同时连接电容C1的一端、电容C2的一端和电感L1的一端，
C1的另一端同时连接电容C2的另一端、电容C3的一端、电容C4的一端和电源地，电容C4的另一端同时连接电容C3的另一端和电感L1的另一端，
PT100传感器的另一端同时连接电源地、电容C5的一端、电容C6的一端和电感L2的一端，
电感L2的另一端同时连接电容C7的一端和电容C8的一端，
电容C8的另一端同时连接电源地、电容C7的另一端、电容C6的另一端和电容C5的另一端，
每路PT100采样电路(1)的电容C4的另一端的两个输出端分别作为1路PT100采样电路(1)的数据信号输出端的一个AD芯片的输出信号端X0和一个恒流源输出端IX0，
每路PT100采样电路(1)的电容C7的一端的两个输出端分别作为1路PT100采样电路(1)的数据信号输出端的另一个AD芯片的输出信号端Y0和另一个恒流源输出端IY0。
4.根据权利要求1或3所述的用于晶体冶炼炉的多路高精度温度巡检仪，其特征在于，多路模拟开关电路(2)包括4个一号电路、4个二号电路和一个型号为MC54HC138AJ的芯片(U3)，
4个一号电路的结构均相同，每个一号电路包括型号为CD4052BCM的芯片(U1)、二极管D1、二极管D2、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4，
每个一号电路的连接关系为：型号为CD4052BCM的芯片(U1)的16号引脚连接5V供电电源，型号为CD4052BCM的芯片(U1)的13号引脚连接二极管D1的负极，二极管D1的正极连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接电源地，电阻R3的一端作为多路模拟开关电路(2)的一个恒流源的输出端，
型号为CD4052BCM的芯片(U1)的3号引脚连接二极管D2的负极，二极管D2的正极连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接电源地，电阻R4的一端作为多路模拟开关电路(2)的另一个恒流源的输出端，
型号为CD4052BCM的芯片(U1)的7号引脚和型号为CD4052BCM的芯片(U1)的8号引脚分别连接电源地，
4个一号电路中的型号为CD4052BCM的芯片(U1)的13号引脚均连接在一起，4个一号电路中的型号为CD4052BCM的芯片(U1)的3号引脚均连接在一起；
4个二号电路的结构均相同，每个二号电路包括型号为CD4052BCM的芯片(U2)、电阻R5和电阻R6，
每个二号电路的连接关系为：型号为CD4052BCM的芯片(U2)的16号引脚连接5V供电电源，型号为CD4052BCM的芯片(U2)的13号引脚连接电阻R5的一端，型号为CD4052BCM的芯片(U2)的3号引脚连接电阻R6的一端，
4个二号电路中的电阻R5的另一端和电阻R6的另一端均作为多路模拟开关电路(2)的模拟信号输出端，
每个一号电路的型号为CD4052BCM的芯片(U1)的9号引脚和10号引脚、每个二 号电路的型号为CD4052BCM的芯片(U2)的9号引脚和10号引脚、型号为MC54HC138AJ的芯片(U3)的1号引脚、2号引脚和6号引脚均作为多路模拟开关电路(2)的控制信号输入端，
将16路PT100采样电路(1)分成四组采样电路，每4路PT100采样电路(1)为一组采样电路，
每组采样电路与1个一号电路和1个二号电路的连接关系均相同，
其中，一组采样电路与1个一号电路和1个二号电路的连接关系为：
第一个一号电路中的型号为CD4052BCM的芯片(U1)的12号引脚连接第一路PT100采样电路(1)的一个恒流源输出端IX0，第一个一号电路中的型号为CD4052BCM的芯片(U1)的1号引脚连接第一路PT100采样电路(1)的另一个恒流源输出端IY0，
第一个二号电路中的型号为CD4052BCM的芯片(U2)的12号引脚连接第一路PT100采样电路(1)的一个AD芯片的输出信号端X0，第一个二号电路中的型号为CD4052BCM的芯片(U2)的1号引脚连接第一路PT100采样电路(1)的另一个AD芯片的输出信号端Y0，
第一个一号电路中的型号为CD4052BCM的芯片(U1)的14号引脚连接第二路PT100采样电路(1)的一个恒流源输出端IX1，第一个一号电路中的型号为CD4052BCM的芯片(U1)的5号引脚连接第二路PT100采样电路(1)的另一个恒流源输出端IY1，
第一个二号电路中的型号为CD4052BCM的芯片(U2)的14号引脚连接第二路PT100采样电路(1)的一个AD芯片的输出信号端X1，第一个二号电路中的型号为CD4052BCM的芯片(U2)的5号引脚连接第二路PT100采样电路(1)的另一个AD芯片的输出信号端Y1，
第一个一号电路中的型号为CD4052BCM的芯片(U1)的15号引脚连接第三路PT100采样电路(1)的一个恒流源输出端IX2，第一个一号电路中的型号为CD4052BCM的芯片(U1)的2号引脚连接第三路PT100采样电路(1)的另一个恒流源输出端IY2，
第一个二号电路中的型号为CD4052BCM的芯片(U2)的15号引脚连接第三路PT100采样电路(1)的一个AD芯片的输出信号端X2，第一个二号电路中的型号为CD4052BCM的芯片(U2)的2号引脚连接第三路PT100采样电路(1)的另一个AD芯片的输出信号端Y2，
第一个一号电路中的型号为CD4052BCM的芯片(U1)的11号引脚连接第四路PT100采样电路(1)的一个恒流源输出端IX3，第一个一号电路中的型号为CD4052BCM的芯片 (U1)的4号引脚连接第四路PT100采样电路(1)的另一个恒流源输出端IY3，
第一个二号电路中的型号为CD4052BCM的芯片(U2)的11号引脚连接第四路PT100采样电路(1)的一个AD芯片的输出信号端X3，第一个二号电路中的型号为CD4052BCM的芯片(U2)的4号引脚连接第四路PT100采样电路(1)的另一个AD芯片的输出信号端Y3；
型号为MC54HC138AJ的芯片(U3)的15号引脚同时连接第一个一号电路中型号为CD4052BCM的芯片(U1)的6号引脚和第一个二号电路中型号为CD4052BCM的芯片(U2)的6号引脚，
型号为MC54HC138AJ的芯片(U3)的14号引脚同时连接第二个一号电路中型号为CD4052BCM的芯片(U1)的6号引脚和第二个二号电路中型号为CD4052BCM的芯片(U2)的6号引脚，
型号为MC54HC138AJ的芯片(U3)的13号引脚同时连接第三个一号电路中型号为CD4052BCM的芯片(U1)的6号引脚和第三个二号电路中型号为CD4052BCM的芯片(U2)的6号引脚，
型号为MC54HC138AJ的芯片(U3)的12号引脚同时连接第四个一号电路中型号为CD4052BCM的芯片(U1)的6号引脚和第四个二号电路中型号为CD4052BCM的芯片(U2)的6号引脚。
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2016
- 2016-07-07 CN CN201620713421.3U patent/CN205808584U/zh active Active
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