一种热电偶温度采集系统的在线故障诊断装置

1.本实用新型涉及故障诊断装置接口设计技术领域，具体涉及一种热电偶温度采集系统的在线故障诊断装置。


背景技术：

2.传感器之于工业控制系统，就如同眼睛之于人体，是工业控制系统感知系统状态和外界环境必不可少的重要组成部分。跟眼睛需要通过神经系统与大脑相连接才能产生视觉图像一样，传感器也不能独立工作，需要与信号调理电路、处理器、显示屏等组成完整的信号采集系统，才能完成系统参数采集任务。
3.以热电偶温度传感器为例，它利用塞贝克效应，将温度信号转换成与温度成一定函数关系的热电动势信号，通过检测这个热电动势信号，就可以间接获取被测介质的温度。然而，热电偶温度传感器输出的是毫伏级电压信号，需要经过热电偶温度采集系统的放大、a/d转换、电压-温度转换等一系列信号处理后才能将温度输出显示或用于系统控制。
4.当热电偶温度采集系统检测到温度故障时，其可能是被测对象温度异常，也可能是热电偶温度传感器故障，还可能是热电偶温度采集系统故障。为快速排查故障原因，节约工时，需要对热电偶温度采集系统进行故障诊断。其中，离线故障诊断势必影响载体（即搭载热电偶温度采集系统的被测对象）工作 ，因此，只能采用在线故障诊断。
5.如何在不影响热电偶温度采集系统正常工作的前提下，实现其在线故障诊断是需要解决的难题。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种热电偶温度采集系统的在线故障诊断装置，连接于热电偶温度采集系统的输入端，以模拟热电偶温度信号输出的方式，可实现热电偶温度采集系统的在线诊断避免对其工作造成干扰。
7.本实用新型的技术方案为：该装置连接于热电偶温度采集系统的温度信号输入端，该装置包括控制主板、d/a数据转换卡、热电偶信号模拟电路和用于连接热电偶温度采集系统的热电偶信号输出接口，所述控制主板的数字量信号输出端与d/a数据转换卡的数据输入端连接，所述d/a数据转换卡的数据输出端与热电偶信号模拟电路的电压信号输入端连接，所述热电偶信号模拟电路的电压信号输出端与热电偶信号输出接口连接。
8.较为优选的，所述热电偶信号模拟电路包括分压电路和电压跟随电路，所述d/a数据转换卡的数据输出端与分压电路的输入端连接，所述分压电路的输出端与所述电压跟随电路的输入端连接，所述电压跟随电路的输出端与热电偶信号输出接口连接。
9.较为优选的，所述分压电路包括阻值固定的电阻r1、r2、r4和阻值可调的电阻r3，所述电阻r1一端与d/a数据转换卡的数据输出端连接，另一端与电阻r3一端连接，所述电阻r3另一端与电阻r2一端连接，所述电阻r2另一端接地，所述电阻r3的活动端与电阻r4串联。
10.较为优选的，所述电压跟随电路包括运算放大器，所述分压电路的输出端与所述
运算放大器的正相输入端连接，所述运算放大器的反向输入端与输出端连接，所述运算放大器的输出端与热电偶信号输出接口连接。
11.较为优选的，所述电阻r1、r2的阻值满足r1:r2=100:1。
12.较为优选的，所述电阻r3的阻值比r2的阻值小一个数量级。
13.较为优选的，所述电压跟随电路的运算放大器为lm324运算放大器。
14.较为优选的，所述热电偶信号输出接口为接线排或航空插头。
15.较为优选的，所述控制主板为pcm-6406型pc/104工业计算机主板。
16.较为优选的，所述d/a数据转换卡为usb-5932型d/a数据转换卡。
17.本实用新型的有益效果为：
18.1、本在线故障诊断装置通过控制主板、d/a数据转换卡、热电偶信号模拟电路和热电偶信号输出接口连接于热电偶温度采集系统的输入端，可向热电偶温度采集系统输入标准温度信号，通过热电偶温度采集系统输出的温度与该标准温度信号的校核，既能判断热电偶温度采集系统是否正常，该在线故障诊断装置能实现热电偶温度采集系统的在线诊断，避免对其正常工作造成干扰。
19.2、本在线故障诊断装置的电压跟随电路采用lm324运算放大器，由于lm324具有输入阻抗大，输出阻抗小的特点，对输入端，相当于开路，对输出端相当于短路，因此，对输出端来说可看作恒压源，即输出电压不受后级电路阻抗影响，从而避免相互影响，确保电压信号模拟的准确性，提高了系统抗干扰能力。
20.3、分压电路采用比值为100:1的电阻r1、r2，并配合比r2的阻值小一个数量级的可调电阻r3以进行阻值微调，可使分压电路输出的电压与需要模拟的电压值之间的误差小，从而保证电压信号模拟的准确性，进一步保证了该在线故障诊断装置的检测结果准确度。
附图说明
21.图1为本实用新型连接原理图；
22.图2为本实用新型的热电偶信号模拟电路示意图。
23.图中：1-控制主板，2
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d/a数据转换卡，3-热电偶信号模拟电路，4-热电偶信号输出接口，301-分压电路，302-电压跟随电路。
具体实施方式
24.为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
25.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
26.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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技术和简化描述，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技术的限制。
27.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
28.实施例一
29.图1示出了本技术较佳实施例（图1示出了本技术第一实施例）提供的一种热电偶温度采集系统的在线故障诊断装置的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：
30.一种热电偶温度采集系统的在线故障诊断装置连接于热电偶温度采集系统的温度信号输入端，该装置包括控制主板1、d/a数据转换卡2、热电偶信号模拟电路3和用于连接热电偶温度采集系统的热电偶信号输出接口4，控制主板1的数字量信号输出端与d/a数据转换卡2的数据输入端连接，d/a数据转换卡2的数据输出端与热电偶信号模拟电路3的电压信号输入端连接，热电偶信号模拟电路3的电压信号输出端与热电偶信号输出接口4连接。
31.如图2所示，热电偶信号模拟电路3包括分压电路301和电压跟随电路302，d/a数据转换卡2的数据输出端与分压电路301的输入端连接，分压电路301的输出端与电压跟随电路302的输入端连接，电压跟随电路302的输出端与热电偶信号输出接口4连接。
32.分压电路301包括阻值固定的电阻r1、r2、r4和阻值可调的电阻r3，电阻r1一端与d/a数据转换卡2的数据输出端连接，另一端与电阻r3一端连接，电阻r3另一端与电阻r2一端连接，电阻r2另一端接地，电阻r3的活动端与电阻r4串联。电压跟随电路302包括运算放大器，分压电路301的输出端与运算放大器的正相输入端连接，运算放大器的反向输入端与输出端连接，运算放大器的输出端与热电偶信号输出接口4连接。电阻r1、r2的阻值满足r1:r2=100:1。电阻r3的阻值比r2的阻值小一个数量级。
33.实施例二
34.本实施例以各部件的具体型号结合具体温度信号的模拟，对本装置的工作过程进行说明。
35.本实施例中，主板采用pcm-6406型pc/104工业计算机主板，板载主频1.66ghz处理器，4个2.0usb高速接口，最高支持480mbps传输率，2个标准rs-232串口，1个可配置成rs-422/485通讯模式端口，1个rs485通讯模式端口，工作温度：-20℃~60℃，湿度：5%～95%（非凝结状态）。
36.电压输出数模转换器采用以ad5725为转换器的usb-5932型d/a数据转换卡，用于标准电压信号的输出，其主要技术指标为：
37.（一）da模拟量输出功能
38.◆
转换器类型：ad5725a
39.◆
输出量程：0～5v、0～10v、
±
5v、
±
10v
40.◆
转换精度：12位
41.◆
da芯片转换速率：100ks/s
42.◆
建立时间：10μs
43.◆
通道数：8路
44.◆
非线性误差：
±
1lsb(最大)
45.◆
工作温度范围：0℃～ 50℃
46.◆
存储温度范围：-20℃～ 70℃
47.（二）di数字量输入功能
48.◆
通道数：6路
49.◆
电气标准：ttl兼容
50.◆
最大吸收电流：小于0.5毫安
51.◆
高电平的最低电压：2v
52.◆
低电平的最高电压：0.8v
53.（三）do数字量输出功能
54.◆
通道数：6路
55.◆
电气标准：ttl兼容
56.◆
高电平的最低电压：2.4v
57.◆
低电平的最高电压：0.5v
58.◆
上电输出：低电平
59.（四）cnt定时/计数器功能
60.◆
计数器通道个数：1个减法计数器
61.◆
计数器位数：32位
62.◆
计数方式：6种计数方式软件可选
63.◆
输入输出电气标准：ttl电平
64.◆
时钟源（clk）：频率范围为1hz～10mhz
65.◆
门控（gate）：上升沿、高电平和低电平
66.◆
计数器输出（out）：高电平、低电平
67.（五）其他指标
68.◆
板载时钟振荡器：10mhz
69.电压跟随电路302的运算放大器为lm324运算放大器。热电偶信号输出接口4为接线排或航空插头。
70.以100℃的温度信号模拟为例，通过查热电偶分度表（该表为预先统计得到的包含被测介质温度与输出电压对照关系的表格）可得，被测介质温度为100℃时，该k型热电偶输出电压为4.095mv。为模拟该电压值，控制器控制12位d/a数据转换卡输出0.4139v（对应12位数字量000101010011），并施加于电阻r1左侧；经电阻网络分压后，输入lm324的电压为：
[0071] ；
[0072]
电压跟随器输出端out端口电压即为4.098mv。
[0073]
误差分析：与被模拟的电压值4.095mv相比，绝对误差为：
[0074]
4.098mv
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4.095mv =0.003mv；
[0075]
相对误差为：
[0076]
[0077]
由于lm324具有输入阻抗大，输出阻抗小的特点，对输入端，相当于开路，对输出端相当于短路，因此，对输出端来说可看作恒压源，即输出电压不受后级电路阻抗影响，从而避免相互影响，确保电压信号模拟的准确性，提高系统抗干扰能力。
[0078]
将热电偶信号输出接口4通过数据线与热电偶温度采集系统连接，若热电偶温度采集系统正常，则其可采集到4.098mv的电压信号，与被模拟的电压值4.095mv误差在允许误差内，证明热电偶温度采集系统正常，若其采集到的电压信号不再允许误差内，则热电偶温度采集系统故障。
[0079]
本方案各组成部件不局限于本实施例提供的型号，只要能实现指定电压信号模拟，并可以无干扰的方式输出至热电偶温度采集系统输入端的接口电路，均可采纳。
[0080]
以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。