用於旋轉軸攪拌設備的非接觸數字傳輸測溫裝置的製作方法
2023-10-08 03:06:44 1
專利名稱：用於旋轉軸攪拌設備的非接觸數字傳輸測溫裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種測溫裝置，尤其涉及一種應用於旋轉軸攪拌設備的測溫裝置。
背景技術：
在食品、化工、建築等諸多行業的生產過程中，都存在對物料的攪拌環節。一般對物料的攪拌都是在一個柱形容器內使用旋轉軸帶動攪拌葉來完成的。攪拌過程中，對被攪拌的物料的溫度進行監測和控制也是這些行業內比較普遍的需求。當前對上述環境中的物料進行測溫存在三種主要形式其一是將溫度傳感器固定於柱形容器的外壁上，傳感器探入容器內一定的長度，這種方式實施起來最為簡單方便，但是一般容器是需要加熱的，安裝於容器壁上的傳感器易受金屬容器體的溫度的影響，金屬的熱傳導較快，它會先於液體熱而後於液體涼，導致工藝控制不準確；其二是將旋轉軸的中心打孔，安裝溫度傳感器在旋轉軸上，然後使用機械滑環將傳感器的導線連接到外部測溫設備，其缺點在高溫高溼的環境下滑環的連接可靠性低，接觸電阻突變造成測溫不穩定，並且滑環的結構複雜，成本高昂，製作滑環時使用的良導性貴金屬的提煉過程也容易對環境造成汙染；其三是採用電池供電的無線測溫模塊，將溫度信息使用無線電波傳送到測溫設備的無線接收模塊上，這種方式的好處是安裝靈活，成本較低，存在的主要問題是無線電波容易受到其他設備的幹擾，並且現場如果存在多臺這類設備的話，也會有設備間的無線頻率的互相干擾問題，無線模塊之間的通訊需要設定不同的模塊地址，這也會增加設備調試和維修時的工作量。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種低成本、安裝靈活方便、測溫精確的應用於旋轉軸攪拌設備的測溫裝置。為實現上述目的，本實用新型提供的技術方案如下一種用於旋轉軸攪拌設備的非接觸數字傳輸測溫裝置，包括智能溫度探測器和智能溫度採集器。所述智能溫度探測器包括安裝在密封的金屬盒中的電池倉、微功耗單片機控制板和紅外發射模塊，所述金屬盒安裝在與旋轉軸同軸的固定盤上，在金屬盒上部留有一個裝有機玻璃的開孔，所述智能溫度探測器外接兩個與攪拌設備中的物料接觸的測溫電阻，所述電池倉內的電池向所述智能溫度探測器供電，所述微功耗單片機控制板根據兩個測溫電阻阻值的變化計算出溫度值、將溫度值進行編碼並通過所述紅外發射模塊傳送出去。所述智能溫度採集器包括一單片機控制板，所述單片機控制板上設置有單片機、用於顯示所述兩個測溫電阻溫度值的數碼管顯示模塊、用來修改數碼管的顯示模式並對兩個測溫電阻的溫度值進行校準的按鍵輸入模塊、用於和PLC、人機界面進行通訊的RS485接口和電源變換電路，所述單片機控制板外部連接有紅外接收解碼模塊，所述紅外接收解碼模塊接收紅外發射模塊發出的紅外光信號並傳送到所述單片機進行處理後，將結果顯示在所述數碼管顯示模塊上或通過RS485接口向外傳輸。優選的是，所述紅外接收解碼模塊具有4個，它們圍繞所述旋轉軸間隔安裝在一模塊固定架上，模塊固定架位於所述同軸固定盤上方，所述4個紅外接收解碼模塊的解碼輸出信號線並聯在一起。所述兩個測溫電阻安裝於旋轉軸外側壁的上下兩個部位，所述旋轉軸是中空的，用於容納兩個測溫電阻的連接導線。所述單片機的晶片內集成了 AD轉換器、程序存儲器、數據存儲器、定時器和看門狗定時器。本實用新型的測溫裝置安裝靈活方便，由於該裝置的溫度探測器採用電池供電，所以解決了以往滑環進行供電方式下攪拌過程中出現的接觸電阻突變造成測溫不穩定的問題並降低了生產成本；通過採用紅外發射模塊和紅外接收解碼模塊實現了信號的無線傳輸；通過按鍵輸入模塊能夠對兩個測溫電阻的溫度值進行校準；RS485通訊接口允許多個同類設備接入到同一個監控網絡，方便集中監控攪拌設備的工作狀態，實現了被攪拌物料溫度的準確測量。
圖1為本實用新型非接觸數字傳輸測溫裝置的安裝位置圖；圖2為圖1的局部放大圖；圖3為本實用新型非接觸數字傳輸測溫裝置一個實施例的組成示意圖；圖4為本實用新型非接觸數字傳輸測溫裝置的智能溫度探測器部分的金屬盒結構示意圖；圖5為本實用新型非接觸數字傳輸測溫裝置的智能溫度探測器部分的原理圖。
具體實施方式
本本實用新型的測溫裝置用於測量旋轉軸附近的物料的表面溫度並使用紅外線通信的方式將溫度傳送到外部測溫設備。該裝置包括智能溫度探測器和智能溫度採集器，所述智能溫度探測器通過紅外發射模塊將溫度信息傳送給智能溫度採集器的紅外接收解碼模塊，紅外發射模塊的發射視角大於60度。所述智能溫度探測器使用電池供電，和外部其他設備完全沒有導線連接。所述智能溫度探測器的微功耗的單片機控制板採用低功耗的單片機進行設計，並且在空閒時這種單片機進入休眠狀態，整個控制板在單片機休眠時消耗的電流小於50微安。
以下結合附圖對其結構進行詳細說明。如圖1和圖2所示，旋轉軸攪拌設備的電機41的驅動軸通過一個聯軸節47和旋轉軸44相連接，旋轉軸44上固定有攪拌葉43，對容器42內的物料進行攪拌。本實用新型非接觸數字傳輸測溫裝置包括智能溫度探測器I和智能溫度採集器
2。其中，智能溫度探測器安裝在固定於旋轉軸44上的同軸固定盤46上；智能溫度採集器的單片機控制板安裝於配電箱中，通過導線連接固定在模塊固定架45上的四個紅外接收解碼模塊21、22、23、24上。[0021]圖3為本實用新型的一個實施例。如圖所示，所述智能溫度探測器使用電池供電，它包括安裝在金屬盒中的電池倉、微功耗單片機控制板和紅外發射模塊。微功耗單片機控制板外接兩個測溫電阻一上位熱電阻18和下位熱電阻19，根據熱電阻阻值的變化，由微功耗單片機控制板計算出這兩點的溫度值，然後將溫度數值進行編碼，通過紅外發射模塊傳送出去。不鏽鋼殼的所有開口部分最後都使用密封膠進行密封，可有效防止水蒸汽的侵入，保證本裝置可以使用於溼度100%的環境中。所述金屬盒安裝在與旋轉軸同軸的固定盤上，它隨軸旋轉；在金屬盒上部留有一個安裝有機玻璃的開孔，紅外發射模塊所發射的紅外信號可以穿過有機玻璃傳播出去。該金屬盒最好採用不鏽鋼製成。所述智能溫度採集器由外部24V直流電源供電，智能溫度採集器的主體是一塊單片機控制板25。單片機控制板25上有兩排數碼管，可以顯示上位熱電阻18和下位熱電阻19的溫度值；單片機控制板25上還有四個按鍵，可以用來修改數碼管的顯示模式，也可以用來對上位熱電阻18和下位熱電阻19的溫度值進行校準。單片機控制板25上還具有RS485接口，可以用來和PLC、人機界面等設備通訊，組成一個集中監控系統。智能溫度採集器的單片機控制板25外部連接有四個紅外接收解碼模塊21、22、23和24。在任一時刻，紅外發射模塊發出的紅外光信號至少會被一個紅外接收解碼模塊接收(假設其它紅外發射模塊都被旋轉軸44遮擋住)，接收的信號傳送到單片機控制板25上的單片機進行處理，最後顯示到兩排數碼管上或者通過RS485接口遠傳到其他設備。下面結合圖2 圖6對本實用新型非接觸數字傳輸測溫裝置的具體工作過程進行詳細說明。如圖所示，智能溫度探測器I安裝在固定於旋轉軸44上的同軸固定盤46上，它使用電池11供電。因為智能溫度探測器I平均工作電流很小，所以一塊9000毫安時的鋰電池就可以保證它工作兩年以上。上位熱電阻18安裝在旋轉軸上部的側壁上，下位熱電阻19安裝在旋轉軸下部的側壁上，兩個熱電阻和微功耗單片機控制板12之間使用導線連接，這些導線在旋轉軸的中心空腔內穿過；上位熱電阻18經過信號調理模塊A的處理，轉變成AD轉換器可接受的電壓信號，同理下位熱電阻19經過信號調理模塊B的處理，也轉變成AD轉換器可接受的電壓信號；微功耗單片機控制板12上的微功耗單片機晶片內集成了 AD轉換器、程序存儲器、數據存儲器、定時器和看門狗定時器等部件，其中的AD轉換器可以將兩路調理後的電壓轉換成數字量，再按照熱電阻參數和信號調理模塊的放大倍率換算出代表的溫度值；使用定時器可以形成38KHz的載頻，將溫度值進行調製後可以直接驅動紅外發射模塊13發射紅外信號；紅外發射模塊13透過金屬盒上部有機玻璃的開孔可以將紅外信號發送出去。所述智能溫度探測器I的微功耗單片機利用看門狗定時器每隔2秒鐘就將此單片機從休眠狀態喚醒，順序採集上位熱電阻18和下位熱電阻19的溫度數據，然後利用定時器驅動紅外發射模塊13進行載波調製發射；發射完成後智能溫度探測器I的微功耗單片機就進入休眠狀態，僅需要小於50微安的維持電流。所述智能溫度採集器2的四個紅外接收解碼模塊21、22、23、24安裝於模塊固定架45上，成十字形排列。這些紅外接收解碼模塊位於智能溫度探測器繞軸旋轉形成的圓周的上方的O度，90度，180度，270度位置，不管智能溫度探測器繞軸旋轉到任意角度的位置，都至少有一個以上的紅外接收解碼模塊可以接收到智能溫度探測器發出的紅外信號。紅外接收解碼模塊的解碼輸出信號線並聯在一起，實現與邏輯，也即任意一個或多個紅外解碼模塊接收到紅外發射模塊發送的信號後，都可以在解碼輸出信號線上將正確的編碼輸出。旋轉的智能溫度探測器I的紅外發射模塊會從下方順序循環對正這四個紅外接收解碼模塊中的一個，因為紅外發射模塊存在一個近60度的發射視角,所以任一時刻都會在其視角內存在至少一個未被旋轉軸遮擋的紅外接收解碼模塊。四個紅外接收解碼模塊21、22、23、24的5V電源線、地線和信號線均分別並聯在一起，因為紅外接收解碼模塊的輸出是OC門的電路形式，所以即使同時有多個紅外接收解碼模塊接收到紅外信號，其解碼輸出的多個信號會實現與邏輯，這樣就不會發生紅外解碼錯誤。紅外解碼後的信號直接輸入單片機30，再進行溫度數值的解碼，溫度數值被顯示在數碼管顯示模塊26，同時保存在單片機30的內部數據存儲器中，外部設備可以通過RS485接口 28查詢到這些溫度數值。所述智能溫度採集器2的電源變換電路29將外部輸入的24V直流電壓變換成5V直流電壓，供給智能溫度採集器2上的其他電路模塊使用。所述智能溫度採集器2的按鍵輸入模塊27接收操作員的按鍵輸入，由單片機30根據程序設定，做出相應的反應包括改變數碼管顯示模塊26的顯示模式和修改兩路熱電阻溫度值的校準。
權利要求1.一種用於旋轉軸攪拌設備的非接觸數字傳輸測溫裝置，其特徵在於包括智能溫度探測器和智能溫度採集器， 所述智能溫度探測器包括安裝在密封的金屬盒中的電池倉、微功耗單片機控制板和紅外發射模塊，所述金屬盒安裝在與旋轉軸同軸的固定盤上，在金屬盒上部留有一個裝有機玻璃的開孔，所述智能溫度探測器外接兩個與攪拌設備中的物料接觸的測溫電阻，所述電池倉內的電池向所述智能溫度探測器供電，所述微功耗單片機控制板根據兩個測溫電阻阻值的變化計算出溫度值、將溫度值進行編碼並通過所述紅外發射模塊傳送出去； 所述智能溫度採集器包括一單片機控制板，所述單片機控制板上設置有單片機、用於顯示所述兩個測溫電阻溫度值的數碼管顯示模塊、用來修改數碼管的顯示模式並對兩個測溫電阻的溫度值進行校準的按鍵輸入模塊、用於和PLC、人機界面進行通訊的RS485接口和電源變換電路，所述單片機控制板外部連接有紅外接收解碼模塊，所述紅外接收解碼模塊接收紅外發射模塊發出的紅外光信號並傳送到所述單片機進行處理後，將結果顯示在所述數碼管顯示模塊上或通過RS485接口向外傳輸。
2.根據權利要求1所述的非接觸數字傳輸測溫裝置，其特徵在於所述紅外接收解碼模塊具有4個，它們圍繞所述旋轉軸間隔安裝在一模塊固定架上，模塊固定架位於所述同軸固定盤上方，所述4個紅外接收解碼模塊的解碼輸出信號線並聯在一起。
3.根據權利要求1所述的非接觸數字傳輸測溫裝置，其特徵在於所述兩個測溫電阻安裝於旋轉軸外側壁的上下兩個部位，所述旋轉軸是中空的，用於容納兩個測溫電阻的連接導線。
4.根據權利要求1所述的非接觸數字傳輸測溫裝置，其特徵在於所述單片機的晶片內集成了 AD轉換器、程序存儲器、數據存儲器、定時器和看門狗定時器。
5.根據權利要求1所述的非接觸數字傳輸測溫裝置，其特徵在於所述金屬盒為不鏽鋼盒。
專利摘要本實用新型公開了一種用於旋轉軸攪拌設備的非接觸數字傳輸測溫裝置，包括智能溫度探測器，智能溫度採集器，所述智能溫度探測器包括微功耗單片機控制板、紅外發射模塊、電池和兩支測溫用的熱電阻；所述智能溫度採集器包括四支紅外接收解碼模塊和單片機控制板。利用本系統能夠精確測量被攪拌的物料的溫度，保證產品品質的一致性。
文檔編號G01K7/16GK202903359SQ20122049592
公開日2013年4月24日 申請日期2012年9月25日 優先權日2012年9月25日
發明者竇士元, 張貴華, 姜海波 申請人:天津市世平科技有限公司