專利名稱：用于多點溫度測量電阻的輸入裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于多點溫度測量電阻的輸入裝置，該輸入裝置從多個用于加熱爐、轉(zhuǎn)爐(Converter)、鍋爐等中進行溫度控制、溫度監(jiān)測等的溫度測量電阻中有選擇性地逐一切換、選擇及讀取輸入信號。
在以下附圖中，類似或相同部分標注相同的標號。
在從溫度監(jiān)測電阻讀取信號的裝置中，已經(jīng)采用一些方法，每個方法中來自多個溫度測量電阻的輸入信號被逐一切換并讀取。這些讀取方法當中，有一個方法使恒定電流流入溫度測量電阻并將溫度測量電阻的阻值轉(zhuǎn)換為電壓來讀取電壓值。在這種讀取方法中，對于逐一選擇多個溫度測量電阻并且切換到讀取電路側(cè)的電路(多路轉(zhuǎn)換器，multiplexer)，其本身接觸部分的電阻(接觸電阻、接通電阻等等)疊加在溫度測量電阻信號上并且被讀取。由于這樣讀取的接觸部分的電阻引起誤差，所以要求抑制接觸部分的電阻(接觸電阻、接通電阻等等)到很小的值以便降低該誤差的影響到可以忽略的程度。為此，一個特殊部分如汞斷電器等已經(jīng)被用作切換部分的觸點。
圖2為電路原理圖，表示用于傳統(tǒng)多點溫度測量電阻的輸入裝置的主要部分。圖中，標號1表示一個多點溫度測量電阻的輸入裝置，2(2_1、2_2、2_3)分別表示第一、第二和第三點的溫度測量電阻，3、4、5表示連接輸入裝置1和各溫度測量電阻2的接線。在本圖中，作為示例僅僅標示了第一點溫度測量電阻2_1的接線。
標號6表示多路轉(zhuǎn)換器，用于逐一切換及選擇各溫度測量電阻2_1至2_3，并且取入各電阻阻值的變化；標號12、13表示用于切換的觸點。
標號7、8每個表示一個恒定電流電路，用于提供恒定電流給溫度測量電阻2側(cè)，以便以電壓值的形式取得溫度測量電阻2的電阻值；標號9表示AD(模數(shù))轉(zhuǎn)換器，用于轉(zhuǎn)換從溫度測量電阻測得的電壓值為數(shù)字值；標號10表示CPU(中央處理器)，用于進行數(shù)據(jù)處理以使AD轉(zhuǎn)換器9轉(zhuǎn)換的輸出數(shù)據(jù)經(jīng)過校正處理如線性化等，由此獲得溫度測量電阻的檢測溫度；標號11表示通訊電路，用于在必要時將由CPU 10獲得的溫度檢測數(shù)據(jù)等傳送至圖中未表示出的更高一級的計算機如監(jiān)控裝置。
以下，按圖2中所示在第一點溫度測量電阻2_1被選擇的情況作為一個實例解釋圖2的工作原理。在這種情況下，只有對應(yīng)于第一點的溫度測量電阻2_1的開關(guān)12和13處于接通狀態(tài)，對應(yīng)于其余溫度測量電阻2_2、2_3的開關(guān)12和13保持斷開狀態(tài)。同樣，當?shù)诙c和第三點的溫度測量電阻2_2和2_3被選擇時，僅僅對應(yīng)于被選擇的溫度測量電阻的開關(guān)12和13處于接通狀態(tài)，所有對應(yīng)于未被選擇的溫度測量電阻的開關(guān)12和13保持斷開狀態(tài)。在這一點上，處于接通狀態(tài)的開關(guān)12和13的阻值分別被設(shè)置為Rs1和Rs2。
當對應(yīng)于溫度測量電阻2_1的開關(guān)12和13處于接通狀態(tài)時，來自恒流源7的恒定電流I1流經(jīng)電流通路為開關(guān)12→接線3(其阻值設(shè)為R1)→溫度測量電阻2_1(其阻值設(shè)為Rpt)→接線5→接地端G→恒流源8，并且恒流源8的恒定電流I2流經(jīng)電流通路為開關(guān)13→接線4(其阻值設(shè)為R2)→接線5→接地端G→恒流源8。
在這種情況下，到AD轉(zhuǎn)換器9的輸入電壓Ei由下式(1)給出Ei＝I1(Rs1+R1+Rpt)-I2(Rs2+R2) ……(1)接線3、4的電阻R1、R2的阻值可以通過調(diào)整接線長度彼此相等來達到阻值相等。此外，來自恒流源7、8的電流I1、I2可以通過調(diào)整電流源來達到電流值彼此相等。
因此，如果R1、R2 …… (2)I1＝I2 …… (3)等于(1)可以被寫作下式(4)Ei＝I1×Rpt+I1(Rs1-Rs2)…… (4)式(4)的第一項為實際值，其第二項為誤差部分。因此，如果Rs1不等于Rs2，那么誤差部分就會存在。然而設(shè)置開關(guān)12和13具有相同的阻值(接觸電阻，接通電阻等)是困難的，而且由于環(huán)境溫度的影響可能使該阻值發(fā)生變化。因此，事實上，已經(jīng)有了如上所述的應(yīng)用汞繼電器等抑制Rs1和Rs2的絕對值降到很小的值的方法。
然而，上述傳統(tǒng)方法具有以下(1)～(3)問題。它們具體是(1)汞繼電器容易受機械震動的影響；(2)汞繼電器受安裝方向的限制；(3)由于環(huán)境問題等原因生產(chǎn)廠商停止汞繼電器的生產(chǎn)。因此，人們希望不使用汞繼電器。
鑒于這種情況，本發(fā)明的目的是提供一種用于多點溫度測量電阻的輸入裝置，其能夠使用具有其接通電阻(ON-resistances)并不小的開關(guān)的多路轉(zhuǎn)換器。
為了解決上述問題，根據(jù)第一個方面，用于多點溫度測量電阻的輸入裝置(1)對多個溫度測量電阻(2_1至2_3)作逐一變換和選擇，以便以電壓值(Ei)的形式測量所選電阻的阻值(Rpt)，其中每個溫度測量電阻都有具有相同內(nèi)阻(R1、R2)的第一和第二接線(3、4)以及對應(yīng)的第三接線(5)，并且其中每個溫度測量電阻的一端連接到對應(yīng)的第一接線的一端，其另一端連接到對應(yīng)的第二和第三接線一端，該用于多點溫度測量電阻的輸入裝置包括第一和第二恒流源(7、8)，用于提供電流大小相等的恒定電流(I1、I2)；AD轉(zhuǎn)換器(9)，用于將溫度測量電阻檢測的電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字數(shù)據(jù)；第一開關(guān)(19)，分別對應(yīng)于各溫度測量電阻而設(shè)置，只有當溫度檢測電阻中相應(yīng)的一個被選擇時，每個第一開關(guān)才將所選溫度測量電阻的第一接線的另一端連接到第一恒流源的一個電極；第二開關(guān)(20)，分別對應(yīng)于各溫度測量電阻而設(shè)置，只有當溫度檢測電阻相應(yīng)的一個被選擇時，每個第二開關(guān)才將所選溫度測量電阻的第二接線的另一端連接到第二恒流源的一個電極，該電極具有與第一恒流源的一個電極相同的極性，其中各溫度測量電阻的第三接線的另一端被連接到第一和第二恒流源的另一電極(經(jīng)由接地端G等)；第三開關(guān)(12)，分別對應(yīng)于各溫度測量電阻而設(shè)置，只有當溫度檢測電阻相應(yīng)的一個被選擇時，每個第三開關(guān)才將所選溫度測量電阻的第一接線的另一端連接到AD轉(zhuǎn)換器的一個輸入端；第四開關(guān)(13)分別對應(yīng)于各溫度測量電阻而設(shè)置，只有當溫度檢測電阻相應(yīng)的一個被選擇時，每個第四開關(guān)才將所選溫度測量電阻的第二接線的另一端連接到AD轉(zhuǎn)換器的另一個輸入端。
在根據(jù)第二方面的用于多點溫度測量電阻的輸入裝置中，根據(jù)第一方面的用于多點溫度測量電阻的輸入裝置以第一和第二開關(guān)被組合在第一多路轉(zhuǎn)換器(18)中的形式構(gòu)成。
在根據(jù)第三方面的用于多點溫度測量電阻的輸入裝置中，根據(jù)第一或二方面的多點溫度測量電阻的輸入裝置以第三和第四開關(guān)被組合在第二多路轉(zhuǎn)換器(6)中的形式構(gòu)成。
在根據(jù)第四方面的用于多點溫度測量電阻的輸入裝置中，根據(jù)第一至第三方面之一的多點溫度測量電阻的輸入裝置進一步包括用于從AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換并輸出的數(shù)字數(shù)據(jù)中獲得所選溫度測量電阻的溫度的裝置(CPU 10)；以及用于傳送獲得的溫度數(shù)據(jù)到外部部分的裝置(通訊電路11)。
用于切換流入各溫度測量電阻的恒定電流的多路轉(zhuǎn)換器電路與用于切換從各溫度檢測電阻提取的輸入信號的多路轉(zhuǎn)換器電路彼此獨立地設(shè)置，使得由于多路轉(zhuǎn)換器中各開關(guān)的電阻帶來的誤差部分不包含在輸入信號中。


圖1是表示本發(fā)明實施例主要部分的電路原理圖。
圖2是相應(yīng)圖1的傳統(tǒng)實例的電路原理圖。
圖1是表示根據(jù)本發(fā)明實施例的用于多點溫度測量電阻的輸入裝置的主要部分的電路原理圖，它對應(yīng)于圖2。圖1中，多路轉(zhuǎn)換器18與多路轉(zhuǎn)換器6彼此獨立設(shè)置。恒流源7和8的電流通過多路轉(zhuǎn)換器18和多路轉(zhuǎn)換器6的溫度測量電阻2的接線3、4注入溫度測量電阻2側(cè)。
標號19和20表示設(shè)置在多路轉(zhuǎn)換器18中對應(yīng)于每個溫度測量電阻2_1至2_3的開關(guān)。只有對應(yīng)于所選溫度測量電阻(在本實例中為2_1)的開關(guān)19和20被接通，而所有對應(yīng)于未選擇的溫度測量電阻的轉(zhuǎn)換開關(guān)12和13保持斷開。
圖1的實施例表示多路轉(zhuǎn)換器6的開關(guān)12和13以及多路轉(zhuǎn)換器18的開關(guān)19和20選擇第一點溫度測量電阻2_1的狀態(tài)。
圖1中，每個開關(guān)12、13、19、20不要求是具有低接通電阻的開關(guān)如汞繼電器。
圖1所表示的狀態(tài)中，來自恒流源7的電流I1的流經(jīng)路徑為開關(guān)19→接線3→溫度測量電阻2_1→接線5→接地端G→恒流源7，并且進一步通過開關(guān)19→開關(guān)12→AD轉(zhuǎn)換器9的輸入電阻25→開關(guān)13→接線4→接線5構(gòu)成的通路分流。然而，由于AD轉(zhuǎn)換器的輸入電阻25一般非常大，所以流過分流回路的電流是可忽略不計的。
由于同樣的原因，認為來自恒流源8的電流I2只流經(jīng)通路開關(guān)20→接線4→接線5→接地端G→恒流源8。因此，設(shè)置在多點溫度測量電阻的輸入裝置1上接線3、4和輸入裝置之間的連接端子T1和T2之間的電壓Ei0可以由下式(5)表示。
Ei0＝I1(R1+Rpt)-I2×R2…… (5)如圖2的情況，當該實施例配置為滿足式(2)和(3)時，式(5)可以被重寫為下式(6)。
Ei0＝I1×Rpt …… (6)在式(6)中，式(4)中誤差部分項被消除，并且電壓僅包括溫度測量電阻本身的電壓部分。另外在這種情況，由于認為AD轉(zhuǎn)換器的輸入電阻25的阻值Z相對于多路轉(zhuǎn)換器6的開關(guān)12和13的接通電阻值Rs1、Rs2是無窮大的，因此AD轉(zhuǎn)換器9的輸入電壓Ei變?yōu)榈扔诙帱c溫度測量電阻的輸入裝置1的端子T1、T2間的輸入電壓Ei0。因此，只有由式(6)獲得的實際值被輸入到AD轉(zhuǎn)換器9。按這種方式，構(gòu)成多路轉(zhuǎn)換器6的開關(guān)的接通電阻Rs1和Rs2不影響溫度測量電阻信號的準確讀取。
根據(jù)本發(fā)明，所述兩個多路轉(zhuǎn)換器被設(shè)置作為用于逐一切換并選擇各多點溫度測量電阻的多路轉(zhuǎn)換器。即，由于設(shè)置了用于使恒定電流流入溫度測量電阻的多路轉(zhuǎn)換器18和用于以無電流形式(即無窮大的輸入阻抗)提取溫度測量電阻接線連接端之間電壓的多路轉(zhuǎn)換器6，故構(gòu)成多路轉(zhuǎn)換器的各開關(guān)的接通電阻不影響溫度測量電阻信號的讀取。因此，由于具有某些余留接通電阻的元件如半導(dǎo)體開半等可以被使用在多路轉(zhuǎn)換器中，該用多點溫度測量電阻的輸入裝置，可以期望具有這樣一些技術(shù)優(yōu)點，即該多點溫度測量電阻的輸入裝置可以降低尺寸，特別是象由于采用汞繼電器使器件安裝方向受到限制的問題可以解決。
簡單地說，由于用在多路轉(zhuǎn)換器的開關(guān)的種類和范圍可以增加，所以該多點溫度測量電阻的輸入裝置的優(yōu)點如(1)小型化，(2)成本降低，(3)使用簡單等等可以被更加容易地實現(xiàn)
權(quán)利要求
1.一種用于多點溫度測量電阻的輸入裝置，逐一切換并選擇多個溫度測量電阻以便以電壓值的形式檢測所選電阻的電阻值，其中每個所述溫度測量電阻帶有具有相同內(nèi)阻的第一、第二接線，還有第三接線；每個所述溫度測量電阻的一端連接到相應(yīng)的第一接線的一端，其另一端連接相應(yīng)的第二接線和第三接線的一端，其中所述第三接線的另一端連接到所述第一和第二恒流源的一個電極，該輸入裝置包括第一和第二恒流源，用于提供具有相同數(shù)值的恒定電流；AD轉(zhuǎn)換器，用于轉(zhuǎn)換所述溫度測量電阻檢測的電壓值為數(shù)字數(shù)據(jù)；分別對應(yīng)于所述各溫度測量電阻設(shè)置的第一開關(guān)，只有當所述溫度測量電阻相應(yīng)的一個被選擇時，每個所述第一開關(guān)才將所述選擇的溫度測量電阻的第一接線的另一端連接到所述第一恒流源的另一電極；分別對應(yīng)于所述各溫度測量電阻設(shè)置的第二開關(guān)，只有當所述溫度測量電阻相應(yīng)的一個被選擇時，每個所述第二開關(guān)才將所述選擇的溫度測量電阻的第二接線的另一端連接到所述第二恒流源的另一電極，該電極具有與所述第一恒流源的另一電極相同的極性；分別對應(yīng)于所述各溫度測量電阻設(shè)置的第三開關(guān)，只有當所述溫度測量電阻相應(yīng)的一個被選擇時，每個所述第三開關(guān)才將所述選擇的溫度測量電阻的第一接線的另一端連接到所述AD轉(zhuǎn)換器的一個輸入端；分別對應(yīng)于所述各溫度測量電阻設(shè)置的第四開關(guān)，只有當所述溫度測量電阻相應(yīng)的一個被選擇時，每個所述第四開關(guān)才將所述選擇的溫度測量電阻的第二接線的另一端連接到所述AD轉(zhuǎn)換器的另一輸入端。
2.如權(quán)利要求1所述的用于多點溫度測量電阻的輸入裝置，其中所述第一和第二開關(guān)被組合在第一多路轉(zhuǎn)換器中。
3.如權(quán)利要求1所述的用于多點溫度測量電阻的輸入裝置，其中所述第三和第四開關(guān)被組合在第二多路轉(zhuǎn)換器中。
4.如權(quán)利要求2所述的用于多點溫度測量電阻的輸入裝置，其中所述第三和第四開關(guān)被組合在第二多路轉(zhuǎn)換器中。
5.如權(quán)利要求1所述的用于多點溫度測量電阻的輸入裝置，進一步包括用于從所述AD轉(zhuǎn)換器中轉(zhuǎn)換并輸出的數(shù)字數(shù)據(jù)中獲得所述選擇的溫度測量電阻的溫度值的裝置；用于傳送獲得的溫度值到外部部分的裝置。
6.如權(quán)利要求2所述的用于多點溫度測量電阻的輸入裝置，進一步包括用于從所述AD轉(zhuǎn)換器中轉(zhuǎn)換并輸出的數(shù)字數(shù)據(jù)中獲得所述選擇的溫度測量電阻的溫度值的裝置；用于傳送獲得的溫度值到外部部分的裝置。
7.如權(quán)利要求3所述的用于多點溫度測量電阻的輸入裝置，進一步包括用于從所述AD轉(zhuǎn)換器中轉(zhuǎn)換并輸出的數(shù)字數(shù)據(jù)中獲得所述選擇的溫度測量電阻的溫度值的裝置；用于傳送獲得的溫度值到外部部分的裝置。
8.如權(quán)利要求4所述的用于多點溫度測量電阻的輸入裝置，進一步包括用于從所述AD轉(zhuǎn)換器中轉(zhuǎn)換并輸出的數(shù)字數(shù)據(jù)中獲得所述選擇的溫度測量電阻的溫度值的裝置；用于傳送獲得的溫度值到外部部分的裝置。
全文摘要
用于多點溫度測量電阻的輸入裝置,逐一切換并選擇多個溫度測量電阻以便以電壓值檢測所選電阻的電阻值,其中:每個所述溫度測量電阻帶有相同內(nèi)阻的第一、第二接線,還有第三接線;還包括:第一和第二恒流源,AD轉(zhuǎn)換器,分別對應(yīng)于所述各溫度測量電阻設(shè)置的第一開關(guān),第二開關(guān),第三開關(guān),第四開關(guān),只有當所述溫度測量電阻相應(yīng)的一個被選擇時,每個相應(yīng)開關(guān)才動作。其優(yōu)點是小型化,成本低及使用簡單。
文檔編號G01K7/16GK1187620SQ96123998
公開日1998年7月15日 申請日期1996年12月26日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月26日
發(fā)明者手敬三 申請人:富士電機株式會社