一种多路温度信号变换装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种多路温度信号变换装置，能够对多路不同材质热电偶温度传感器输出信号进行采集、放大、调理，可根据设计需求对电路参数计算最优配比，通过冷端补偿、零点调整、限幅滤波处理可以使采集精度大大提高，具有精度高、可靠性高且适应更复杂的环境的优点；提出的一种详细的电路设计参数计算方法能给同类型设计提供完整的设计思路；通过该多路温度信号变换装置对多路不同材质热电偶温度传感器信号的采集变换，可以为航天飞行器特定部位飞行过程中不同测温要求提供测试设备并节省安装空间，为温度传感器的多元化使用提供设计途径。

【技术实现步骤摘要】
一种多路温度信号变换装置
本技术属于航天传感器
，具体涉及一种多路温度信号变换装置。
技术介绍
在航空、航天、能源、化工、纺织和其他科研和生产中存在大量的温度测试问题，尤其在航空航天领域对温度传感器有更高的要求。随着技术发展的需要，对飞行器各部件的温度测量要求也不断提高。耐高温是飞行器结构部件材料选择的一项重要指标。只有明确了飞行器飞行期间各部位实际需要耐受的高温，才能够实时监测飞行器各部位的安全温度，才能选择合适的材料。在测量航天飞行器飞行过程中特定位置实际承受的高温，需要选用合适的温度传感器及温度变换装置采集温度值。由于飞行器各部位材料、空间、温度范围要求不同，需要温度传感器具有不同的测温范围、测温精度、热反应速度等特点，不同的测温环境需要不同材质的热电偶进行测量，而受限于飞行器狭小的安装空间，温度变换装置只能使用一部，这就导致不得不设计一种多路温度信号变换装置，以满足新型航天飞行设备的使用。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的目的是提供一种多路温度信号变换装置，可以为多路不同材质热电偶温度传感器进行信号采集和变换。一种多路温度信号变换装置，包括热电偶输入信号放大模块(1)、多路信号调理模块(2)和输出限幅滤波模块(4)；所述热电偶输入信号放大模块(1)包括多路放大子模块，每路放大子模块用于接在其前端的一个热电偶传感器采集的温度信号进行信号放大；其中，每路放大子模块对温度信号的放大增益根据该路热电偶传感器的热偶丝的测温范围及输出电压范围决定，满足关系式：其中，G为放大增益，UO(满)为变换器装置输出上限，UO(零)为变换器装置输出下限，Uin(max)和Uin(min)分别为接入的所有热电偶传感器工作温度范围最高温度和最低温度对应的分度值；所述信号调理模块(2)用于对各路放大子模块输出的放大后温度信号分别进行误差补偿；所述限幅滤波模块(4)用于将误差补偿后的温度信号调整到设定范围内输出。较佳的，所述热电偶输入信号放大模块(1)采用AD8221放大器实现。较佳的，所述误差补偿包括温度补偿和零点补偿。较佳的，所述温度补偿采用冷端放大补偿电路实现：包括放置在热电偶输入信号冷端的温度测量芯片和计算单元；所述计算单元计算并输出温度补偿值：V'＝(273.15+T0+ΔT)×1μA/K×RL×A冷其中，T0为当前的冷端温度,A冷为冷端补偿放大电路的增益，常数273.15与1μA/K均为测温芯片的固有参数。较佳的，所述零点补偿采用3.3V电压基准芯片和电压跟随电路实现；所述3.3V电压基准芯片提供基准电压，所述电压跟随电路与后级电路进行阻抗匹配。进一步的，还包括电源滤波模块(3)，用于对向热电偶信号放大模块(1)和多路信号调理模块(2)供电的电源进行滤波稳压。本技术具有如下有益效果：本技术一种多路温度信号变换装置，能够对多路不同材质热电偶温度传感器输出信号进行采集、放大、调理，可根据设计需求对电路参数计算最优配比，通过冷端补偿、零点调整、限幅滤波处理可以使采集精度大大提高，具有精度高、可靠性高且适应更复杂的环境的优点。提出的一种详细的电路设计参数计算方法能给同类型设计提供完整的设计思路；通过该多路温度信号变换装置对多路不同材质热电偶温度传感器信号的采集变换，可以为航天飞行器特定部位飞行过程中不同测温要求提供测试设备并节省安装空间，为温度传感器的多元化使用提供设计途径。附图说明图1是本技术的结构框图；图2是多路不同材质热电偶信号放大模块电路图；图3是多路信号调理模块电路图；图4是电源滤波模块电路图；图5是输出限幅滤波模块图。其中：1-热电偶信号放大模块,2-多路信号调理模块,3-电源滤波模块,4-输出限幅滤波模块。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本技术进行详细描述。由于K型热电偶、钨铼热电偶、铂铑热电偶等热电偶工作温度、电动势、线性度等的不同，需要温度变换装置对每一路不同材质、不同测温范围的热电偶单独配置参数，这就需要一种专门计算各路电路参数的方法，本技术不仅给出了成套的设计电路也给出了具体的电路参数计算方法。使多路不同材质热电偶温度传感器能够通用信号变换装置，参数配置方便，计算简单，大大缩减了设计开发周期，对温度传感器温度信号转换装置的设计开发有指导意义。本技术的目的是针对航天飞行器需要一块温度信号变换装置采集、变换多路不同材质热电偶温度传感器信号的需求，推导设计的一种适应各种类型热电偶及多路共用的温度信号变换装置，并给出了设计推导的计算过程。通过实际电路验证，其优点为可根据技术要求灵活配置电路参数、调整输出范围，多路共用绝对式的温度测量芯片硬件补偿方式解决热电偶测温误差大的缺点，节省器件成本，使得各路热电偶冷端处于同一温度环境内，增加了热电偶传感器的测量精度、灵敏度、线性度。本技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：一种多路温度信号变换装置，其特征在于：电路包括多路不同材质热电偶输入信号放大模块1、多路信号调理模块2、电源滤波模块3、输出限幅滤波模块4。该变换装置的输入包括多路不同材质热电偶传感器信号以及正负电源输入信号，输出为调理后的多路电压信号。结构上，正负电源接入电源滤波模块3进行滤波处理，然后将滤波后的正负电源分别为多路不同材质热电偶信号放大模块1、多路信号调理模块2供电；多路不同材质热电偶信号输入放大模块1进行信号放大，然后将放大信号输入信号调理模块2进行冷端补偿零点调整信号累加，最后通过限幅滤波模块4输出。所述输入信号为多种不同材质热电偶温度传感器输出信号，各路信号需根据各材质热电偶特性及信号输出范围各自设置增益电阻、补偿电阻、零点调整电阻等电路参数。所述电源滤波模块的功能为电源滤波，对输入的正负电源通过电容、电感、TVS管进行滤波、EMC保护，使得供电电压稳定，减小电源扰动对信号的干扰。所述多路不同材质热电偶输入信号放大模块1，将温度传感器输入的微伏级信号放大到伏级，供后级调理电路使用，选用正负电源供电的仪表放大器芯片，具有高放大倍数。所述多路不同材质热电偶信号放大模块的信号放大增益的选取由热偶丝的测温范围及输出电压范围决定，满足关系式：其中，G为放大增益，UO(满)为变换器装置输出上限，UO(零)为变换器装置输出下限，Uin(max)/Uin(min)分别为不同材质热电偶工作温度范围最高温度、最低温度对应的分度值，查热电偶分度表可得。选取合适阻值的增益电阻可保证放大模块放大增益满足设计要求，满足关系式：其中，G为放大增益，RG为放大器固有参数，R1、R2为增益电阻，通过上式可计算出R1、R2阻值。多路信号调理模块由温度补偿电路、零点调整电路和信号累加电路构成，作用为将热电偶输入放大电压、冷端补偿电压、零点调整电压进行信号累加。其输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多路温度信号变换装置，其特征在于，包括热电偶输入信号放大模块(1)、多路信号调理模块(2)和输出限幅滤波模块(4)；/n所述热电偶输入信号放大模块(1)包括多路放大子模块，每路放大子模块用于接在其前端的一个热电偶传感器采集的温度信号进行信号放大；其中，每路放大子模块对温度信号的放大增益根据该路热电偶传感器的热偶丝的测温范围及输出电压范围决定，满足关系式：/n

【技术特征摘要】
1.一种多路温度信号变换装置，其特征在于，包括热电偶输入信号放大模块(1)、多路信号调理模块(2)和输出限幅滤波模块(4)；
所述热电偶输入信号放大模块(1)包括多路放大子模块，每路放大子模块用于接在其前端的一个热电偶传感器采集的温度信号进行信号放大；其中，每路放大子模块对温度信号的放大增益根据该路热电偶传感器的热偶丝的测温范围及输出电压范围决定，满足关系式：



其中，G为放大增益，UO(满)为变换器装置输出上限，UO(零)为变换器装置输出下限，Uin(max)和Uin(min)分别为接入的所有热电偶传感器工作温度范围最高温度和最低温度对应的分度值；
所述信号调理模块(2)用于对各路放大子模块输出的放大后温度信号分别进行误差补偿；
所述限幅滤波模块(4)用于将误差补偿后的温度信号调整到设定范围内输出。


2.如权利要求1所述的一种多路温度信号变换装置，其特征在于，所述热电偶输入信号放大模块(1)采用AD8221放大器实现。

【专利技术属性】
技术研发人员：党冰洋，张颖英，鹿文龙，万凯旋，蔺露，聂俊，
申请(专利权)人：陕西电器研究所，
类型：新型
国别省市：陕西;61