一種高溫環境下具有溫度補償的大電流測量電路的製作方法

2023-09-19 19:52:30 2

本實用新型涉及一種高溫環境下具有溫度補償的大電流測量電路，屬於大電流測量技術領域。

背景技術：

目前，在高溫環境下的大電流測量電路設計及實施過程中，大多沒有採用溫度補償，或者採用熱電偶測量專用晶片實現溫度測量。上述技術方案存在的問題是：1、沒有溫度補償導致大電流測量誤差極大，影響實際應用；2、專用晶片方案成本高而且專用晶片選型較難。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於，提供一種設計合理、測量精度高、實時性強、成本低且易於實現的高溫環境下具有溫度補償的大電流測量電路，以克服現有技術中的不足。

本實用新型的技術方案：一種高溫環境下具有溫度補償的大電流測量電路，包括熱電偶溫度測量模塊、跨步電壓測量模塊、MCU通訊及ADC採樣模塊、RS485傳輸轉換模塊、電源模塊以及上位機，所述MCU通訊及ADC採樣模塊通過ADC採樣埠分別與電偶溫度測量模塊和跨步電壓測量模塊，同時MCU通訊及ADC採樣模塊的串口發送端與RS485傳輸轉換模塊的串口接收端相連，RS485傳輸轉換模塊通過串口發送端與上位機連接，電源模塊將電壓變換及高精度低溫漂穩壓後供給MCU通訊及ADC採樣模塊。

所述熱電偶溫度測量模塊包括一根熱電偶、4個電阻、一個運算放大器和一個溫度測量IC，熱電偶的兩端分別與第五電阻以及第七電阻相連，其中與熱電偶正極相連的第五電阻的另一端接運算放大器的正極輸入端，與熱電偶負極相連的第七電阻的另一端接運算放大器的負極輸入端；運算放大器的輸出端與第八電阻相連，第八電阻的另一端與運算放大器的負極輸入端相連；運算放大器的正極輸入端與第六電阻相連，第六電阻的另一端與溫度測量IC的輸出端相連。

所述跨步電壓測量模塊包括2個接觸探針、4個電阻及一個運算放大器，正極接觸探針的一端與高溫導電桿相連，另一端與第一電阻相連，第一電阻的另一端與運算放大器的正極輸入端相連；負極接觸探針的一端與第三電阻相連，第三電阻的另一端與運算放大器的負極輸入端相連；運算放大器的輸出端與第四電阻相連，第四電阻的另一端與運算放大器的負極輸入端相連；運算放大器的正極輸入端與第二電阻相連，第二電阻的另一端與GND相連。

所述MCU通訊及ADC採樣模塊的一個ADC採樣埠與熱電偶溫度測量模塊的運算放大器輸出端相連，另一個ADC採樣埠與熱電偶溫度測量模塊的的溫度測量IC的輸出端相連；同時，MCU通訊及ADC採樣模塊的一個ADC採樣埠與跨步電壓測量模塊的運算放大器輸出端相連，一個串口接收端與第九電阻相連，第九電阻的另一端與RS485傳輸轉換模塊的接收端相連，另一個串口的發送端與RS485傳輸轉換模塊的接收端相連。

所述RS485傳輸轉換模塊的串口接收端與MCU通訊及ADC採樣模塊的串口發送端相連，其串口發送端與第九電阻相連；485A、485B及GND與一個插座相連。

所述電源模塊的LM7805的輸入端與輸入電壓9V相連，LM7805的輸出5V端與3.3V穩壓塊的輸入端相連；在9V電壓端、5V電壓端及3.3V電壓端分別連接濾波電容到GND端。

由於採用上述技術方案，本實用新型的優點在於：本實用新型的MCU處理器通過ADC採樣埠實時採集導電桿的溫度及跨步電壓，結合導電桿的截面積尺寸、跨步電壓距離以及導電桿溫度，計算出流經導電桿的電流，並通過RS485晶片傳輸給上位機處理，實現了高溫環境下具有溫度補償功能的大電流測量技術，提高大電流的測量精度和測量實時性，具有數據傳輸可靠、成本低廉、易於實現等特點。

附圖說明

圖1是本實用新型的電路方框圖；

圖2是熱電偶溫度測量模塊的電路圖；

圖3是跨步電壓測量模塊的電路圖；

圖4是MCU通訊及ADC採樣模塊的電路圖；

圖5是RS485傳輸轉換模塊的電路圖；

圖6是電源模塊的電路圖。

附圖標記說明：1-MCU通訊及ADC採樣模塊，2-RS485傳輸轉換模塊，3-上位機，4-電源模塊，5-跨步電壓測量模塊，6-熱電偶溫度測量模塊。

具體實施方式

為了使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。

本實用新型的實施例：高溫環境下具有溫度補償的大電流測量電路的結構示意圖如圖1所示，包括熱電偶溫度測量模塊6、跨步電壓測量模塊5、MCU通訊及ADC採樣模塊1、RS485傳輸轉換模塊2、電源模塊4以及上位機3，所述MCU通訊及ADC採樣模塊1通過ADC採樣埠分別與電偶溫度測量模塊6和跨步電壓測量模塊5，同時MCU通訊及ADC採樣模塊1的串口發送端與RS485傳輸轉換模塊2的串口接收端相連，RS485傳輸轉換模塊2通過串口發送端與上位機3連接，電源模塊4將電壓變換及高精度低溫漂穩壓後供給MCU通訊及ADC採樣模塊1。

參見圖2，所述熱電偶溫度測量模塊6包括一根K型熱電偶、4個高精度低溫漂電阻(第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7及第八電阻R8)、一個低偏置低溫漂運算放大器AD8629和一個溫度測量晶片TC1047A，熱電偶的兩端分別與第五電阻R5以及第七電阻R7相連，其中與熱電偶正極相連的第五電阻R5的另一端接運算放大器的正極輸入端，與熱電偶負極相連的第七電阻R7的另一端接運算放大器的負極輸入端；運算放大器的輸出端與第八電阻R8相連，第八電阻R8的另一端與運算放大器的負極輸入端相連；運算放大器的正極輸入端與第六電阻R6相連，第六電阻R6的另一端與溫度測量IC的輸出端相連。其中電阻R5＝R7、R6＝R8，與運放構成差分比例放大器，溫度測量晶片TC1047A的輸出端提供偏置電壓。熱電偶溫度測量模塊6的輸出電壓為：

Vt＝f(△t,Ek)*R6/R5+Vref

Vt：運放輸出電壓；

△t：熱電偶的冷熱端溫度差；

Ek：熱電偶的熱電動勢；

f(△t,Ek)：熱電偶輸出電壓與溫度的確定函數；

Vref：溫度測量IC輸出電壓熱電偶的冷端溫度。

參見圖3，所述跨步電壓測量模塊5包括2個跨步電壓接觸探針、一個低偏置低溫漂運算放大器AD8629以及4個高精度低溫漂電阻(第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3以及第四電阻R4)，正極接觸探針的一端與高溫導電桿相連，另一端與第一電阻R1相連，第一電阻R1的另一端與運算放大器的正極輸入端相連；負極接觸探針的一端與第三電阻R3相連，第三電阻R3的另一端與運算放大器的負極輸入端相連；運算放大器的輸出端與第四電阻R4相連，第四電阻R4的另一端與運算放大器的負極輸入端相連；運算放大器的正極輸入端與第二電阻R2相連，第二電阻R2的另一端與GND相連。其中電阻R1＝R3、R2＝R4，與低偏置低溫漂運算放大器AD8629構成差分比例放大器。跨步電壓測量模塊5的輸出電壓為：

Vu＝△V*R3/R1

Vu：運放輸出電壓；

△V：跨步電壓；

參見圖4，所述MCU通訊及ADC採樣模塊1的一個ADC採樣埠與熱電偶溫度測量模塊6的運算放大器輸出端相連，另一個ADC採樣埠與熱電偶溫度測量模塊6的的溫度測量IC的輸出端相連；同時，MCU通訊及ADC採樣模塊1的一個ADC採樣埠與跨步電壓測量模塊5的運算放大器輸出端相連，一個串口接收端與第九電阻R9相連，第九電阻R9的另一端與RS485傳輸轉換模塊2的接收端相連，另一個串口的發送端與RS485傳輸轉換模塊2的接收端相連。所述MCU通訊及ADC採樣模塊1通過ADC採樣埠採集溫度及跨步電壓數值，計算出流經導電桿的電流如下：

I＝U/R

U＝Vu/(R3/R1)………………實際跨步電壓；

R＝p*(1+a*t)*L/S

p：導電桿的常溫20℃電阻率；

a：導電桿的電阻率溫度係數

t：導電桿的溫度

L：導電桿跨步電壓測量距離；

S：導電桿的橫截面積；

參見圖5，所述RS485傳輸轉換模塊2的串口接收端與MCU通訊及ADC採樣模塊1的串口發送端相連，其串口發送端與第九電阻R9相連；485A、485B及GND與一個插座相連。

參見圖6，所述電源模塊4的LM7805的輸入端與輸入電壓9V相連，LM7805的輸出5V端與3.3V穩壓塊的輸入端相連；在9V電壓端、5V電壓端及3.3V電壓端分別連接濾波電容到GND端。