一种通过频率调制进行温度测量的方法与流程

1.本发明属于电子元件温度测量技术领域，具体涉及一种通过频率调制进行温度测量的方法。


背景技术：

2.在电力电子产品中，比如整流器、逆变器、直流变换器等，功率电子器件和磁性元器件都是必不可少的。这些器件组成了电力电子产品的主体部分，同时也是产品在工作过程中产生损耗和热量的主要部分。因此为了监测产品的运行状态，就需要对产品中的功率电子器件、电感器、变压器、电容器、mcu、内部环境，外部环境、散热片等进行温度测量，用于对产品进行散热和温度上的控制，必要时需要进行降额运行、报警和温度保护。
3.现有的产品采用的温度测量方案，如图6所示，一般是将热敏元器件（ntc电阻、ptc电阻、热电偶等）贴在被测器件表面或者置于被测环境中，热敏元件会将温度转换成电信号，然后经过信号调理电路（运算放大器）处理后输入到mcu进行ad采样，来得到被测物体的温度,这种方法存在以下几个问题：1、温度信号转换成模拟电信号，模拟信号在传输、处理过程中容易引入干扰、误差和偏移，导致测量精度不够高。
[0004] 2、对温度信号进行ad采样需要占用mcu的ad采样资源，ad采样是速度较快的mcu外设资源，而温度的变化一般都是比较缓慢的，而且存在多个温度采样点。使用mcu的ad外设和信号调理电路进行温度采样会造成一定的软件和硬件资源的浪费。
[0005] 3、采用热敏元件 信号调理电路 ad采样的方案进行温度测量时，没有实现被测物体与控制系统的电气隔离。这样容易将主功率部分、散热片、产品外壳的强电压、强电磁干扰、静电、雷击等通过温度检测回路引入到控制系统，造成控制系统运行故障甚至崩溃。


技术实现要素：

[0006]
针对现有技术中存在的问题，提供了一种通过频率调制进行温度测量的方法。
[0007]
一种通过频率调制进行温度测量的方法，包括热敏元件、频率调制电路、隔离电路和温度监控系统，包括以下步骤：s1:将热敏元件置于被测元件处，热敏元件检测被测元件的温度变化，将温度信号转换为电信号；s2：建立脉冲信号的频率与温度信号的一一对应关系；s3：热敏元件接入频率调制电路，频率调制电路接收到热敏元件的电信号，并将其转换为频率可变的脉冲信号；s4：频率调制电路输出的脉冲信号输入到隔离电路，隔离电路两侧电路系统的参考地实现电气上的分离；s5：经过隔离电路的脉冲信号输入到温度监控系统，温度监控系统根据脉冲信号的频率，来确定被测元件的温度。
[0008]
优选的，所述热敏元件为ntc电阻、ptc电阻或者热电偶。
[0009]
优选的，所述频率调制电路为rc振荡电路，通过热敏元件输出的电信号来改变rc振荡电路的振荡频率，进而实现将温度信号转换为频率可变的脉冲信号。
[0010]
优选的，所述隔离电路通过光耦隔离或者电磁隔离的方法实现电气隔离。
[0011]
优选的，所述温度监控系统通过mcu内部的捕获单元来捕获脉冲信号的跳变沿从而得到脉冲信号的频率。
[0012]
本发明的有益效果：1、将温度信号通过热敏元件和频率调制电路转换为频率可变的脉冲信号，可以避免传统的模拟调理电路的干扰、误差和偏移问题；2、将包含温度信息的频率调制脉冲信号进行隔离后再输入到控制系统，可以解决被测物体的强电压、强电磁干扰、静电、雷击、浪涌等不良因素对监控系统的影响和破坏；3、监控系统只需要对频率调制脉冲信号进行检测，获得脉冲信号的频率，然后根据脉冲信号的频率和温度的一一对应关系得到被测物体的温度，不再需要使用ad采样来检测温度。附图说明图1为本发明的原理电路图；图2为频率调制电路图；图3为rc振荡电路图；图4为光耦隔离电路图；图5为变压器隔离电路图；图6为现有技术电路图。
具体实施方式
[0013]
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
[0014]
参见图1-图5，本实施例提供一种通过频率调制进行温度测量的方法，包括热敏元件、频率调制电路、隔离电路和温度监控系统。
[0015]
技术方案的实现如图1所示。热敏元件贴在被测物体表面或者置于被测物体内部或者被测环境中，热敏元件会将温度信号转换为电信号（电阻、电导、电压、电流、电荷等），频率调制电路将热敏元件输出的电信号转换为频率可变的脉冲信号，脉冲信号的频率与温度存在一一对应关系。频率调制电路的输出经过隔离电路进行隔离，隔离的目的是为了将隔离电路两侧电路系统的参考地实现电气上的分离，即两侧电路不共地。隔离电路的输出连接到监控系统，监控系统包含监控硬件或者监控软件，监控系统通过检测脉冲信号的频率来检测被测物体的温度。在没有隔离要求的系统中，隔离电路可以去掉，频率调制电路的输出直接连接到监控系统。附图1中的vcc1和vcc2可以为同一个供电电源，也可以为两个不同的供电电源；vcc3和vcc4可以为同一个供电电源，也可以为两个不同的供电电源;gnd1和gnd2是两个隔离的参考地。
[0016]
图1中的热敏元件可以为ntc电阻、ptc电阻、热电偶等元器件，这种元器件可以将
温度信号转换为电信号，比如ntc电阻和ptc电阻可以将温度转换为电阻或者电导，热电偶可以将温度转换为电压。
[0017]
图1中的频率调制电路可以利用rc振荡电路来实现，通过热敏元件输出的电信号来改变rc振荡电路的振荡频率，从而实现将温度信号转换为频率可变的脉冲信号。附图2展示了一种使用555电路实现对温度信号进行频率调制的方法：当555芯片的7引脚关断时，vcc通过r1和ntc电阻向c1充电，当c1电压达到三分之二vcc时，7引脚开通，通过ntc电阻对c1放电，当c1上的电压讲到三分之一vcc时，7引脚关断，进入下一个振荡周期，当温度发生变化时，ntc的阻值会发生变化，c1的充电时间和放电时间也会发生变化，从而使555芯片的输出脉冲信号的频率发生变化。图3展示了另一种rc振荡电路：在上电初始时刻，迟滞与非门的输出4引脚为高电平，3引脚为低电平，输出4引脚通过d1和r1向c1充电，当c1电压上升到vth1时，4引脚输出低电平，3引脚输出高电平，c1通过ntc电阻、d2和4引脚放电，当c1上的电压下降到vth2时，4引脚和3引脚电平翻转，进入下一个振荡周期，当温度发生变化时，ntc的阻值会发生变化，c1的放电时间也会发生变化，从而使迟滞与非门的输出脉冲信号的频率发生变化。在图2和图3所示的频率调制电路中，都是利用率热敏元件对rc振荡电路振荡频率的影响实现了将温度信号转换为频率可变的脉冲信号。
[0018]
图1中的隔离电路可以通过光耦隔离或者磁隔离的方法 实现电气隔离。附图4展示了一种利用隔离光耦进行隔离的方法，频率调制电路输出的脉冲信号可以控制光耦隔离器件发光二极管的通断，从而将脉冲信号以光的形式传输到光耦的接收侧。其中的r2可以去掉或者保持开路状态。图5展示了一种利用隔离变压器（磁隔离）进行隔离的方法，频率调制电路的输出脉冲在隔离变压器内部产生脉冲磁场，脉冲磁场在隔离变压器的副边感应出脉冲电压，从而将脉冲信号传递到副边。
[0019]
图1中的监控系统由硬件或者软件组成，具体组成方式根据设计的需求而定。一种常见的实现方式是利用mcu检测输入的脉冲信号，通过mcu内部的捕获单元来捕获脉冲信号的跳变沿从而得到脉冲信号的频率，然后根据脉冲信号的频率和温度的一一对应关系得到被测物体的温度。
[0020]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顺时针”和“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述 本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0021]
以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实 施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变， 这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的 权利要求书及其等效物界定。