技术领域
[0001] 本发明涉及一种带有断线检测功能的测温电路及系统，属于温度测量技术领域。
相关背景技术
[0002] 常用的温度检测器包括热电阻传感器和热电偶传感器。这两种传感器的工作原理不同；它们的主要有测量精度高、线性好、性能稳定、使用温度范围广等特点。其中，热电阻大都由纯金属材料制成，应用最多的是铂和铜，其中铂热是电阻测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。
[0003] 由于热电阻传感器和热电偶传感器的测温原理不同，基于这两种的传感器的测温电路也不同，目前的测温电路要么是基于热电阻传感器的，要么是基于热电偶传感器的，并且热电阻传感器的还包括2线、3线和4线的接入方式，接入方式多样，其相应的测温电路也需要发生变化；而目前的测温电路包括有用于连接到测温传感器两端的接线端子和测温支路，但是其中的测温支路很难同时满足上述需求，通用性比较差。此外，当测温传感器的其中一根线和其他线路产生断路时，其相应的采集值发生误差，进而导致计算出错误的温度，因此，需要对测温电路进行断线检测，而目前的检测方法只能够进行单路断线检测，即只能进行热电阻或者只能进行热电偶的测温断线检测电路，无法满足对测温电路进行全面断线检测的需求。
具体实施方式
[0017] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步地说明。
[0018] 本发明设置的测温支路包括与第一接线端子连接的第一采集支路和第二采集支路以及与第二接线端子连接的第三采集支路和第四采集支路，各采集支路通过相应的控制开关用于接入AD芯片的模拟量输入端，第二采集支路上和第三采集支路上分别连接有电流注入支路以分别接入第一接线端子和第二接线端子，第二采集支路上还连接有电压注入支路，电流注入支路和电压注入支路上均设置有相应的控制开关；各控制开关由控制模块控制。控制模块根据接入的测温传感器的类型控制相应的控制开关，当接入热电阻传感器时，电流注入支路的上开关闭合，并根据接线方式来控制各采集支路的上的控制开关闭合，以此实现测温，同时通过控制电流注入支路的通断以及第四支路上的电流进行断线检测；当接入热电偶传感器时，电压注入支路上的控制开关闭合，第二采集支路上和第三采集支路上的控制开关闭合，以此实现热电偶测温，当需要进行断线检测时只需要知道第二采集支路上和第三采集支路上的电压与基准电压和注入电压之间的关系即可。可见本申请能够实现两类传感器的接入，同时还支持不同的接线方式，不仅能够实现各类传感器的测温，还能够实现断线检测。
[0019] 带有断线检测功能的测温系统实施例
[0020] 本实施例中的测温系统包括有测温传感器和测温电路，其中测温电路提供有连接测温传感器的连接端子和测温支路，为了适应两种类型的测温传感器的接入以及热电阻传感器的不同接线方式，本发明提供的接线端子的测温支路可满足不同的接入需求。
[0021] 具体的测温电路如图1所示，其中的接线端子包括有第一接线端子和第二接线端子。测温支路包括与第一接线端子连接的第一采集支路和第二采集支路以及与第二接线端子连接的第三采集支路和第四采集支路，本实施例中的第一采集支路为接入第一接线端子和模拟开关处的第一模拟量采集端之间的线路，该线路上设置有控制开关S1和引线电阻R1，引线电阻R1靠近第一模拟量采集端设置，将第一模拟量采集端和引线电阻R1之间称为A点，该第一模拟量采集端通过控制开关S4用于接入AD芯片的模拟量输入端；第二采集支路为接入第一接线端子和模拟开关处的第二模拟量采集端之间的线路，该线路上设置有引线电阻R2，将第二模拟量采集端和引线电阻R2之间称为B点，该第二模拟量采集端通过控制开关S5用于接入AD芯片的模拟量输入端；第三采集支路为接入第二接线端子和模拟开关处的第三模拟量采集端之间的线路，该线路上设置有引线电阻R3，将第三模拟量采集端和引线电阻R3之间称为C点，该第三模拟量采集端通过控制开关S6用于接入AD芯片的模拟量输入端；第四采集支路为接入第二接线端子和模拟开关处的第四模拟量采集端之间的线路，该线路上设置有引线电阻R4和参考电阻Rref，引线电阻R4靠近第二接线端子，将参考电阻Rref和引线电阻R4之间称为D点，该第四模拟量采集端通过控制开关S9用于接入AD芯片的模拟量输入端。
[0022] 电流注入支路包括第一电流注入支路和第二电流注入支路，其中第一电流注入支路上串设有第一恒流源(恒流源IS1)和控制开关S2，该第一电流注入支路接入到第二采集支路的B点，第二电流注入支路上串设有第二恒流源(恒流源IS2)和控制开关S7，该第二电流注入支路接入到第三采集支路的C点；这样恒流源IS1和IS2可分别在控制开关S2和S7的控制下分别将电流注入到第一接线端子和第二接线端子上。
[0023] 此外模拟开关处还设置有基准电压Vbias输入端，该基准电压Vbias输入端通过控制开关S8用于接入AD芯片的基准电压端。恒流源IS1和恒流源IS2还连接至模拟开关处的电流源输入端，该电流源输入端通过开关S3接入AD芯片的电流源端。
[0024] 控制开关S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8和S9均由控制模块控制，控制模块根据测温传感器类型、接入方式对各控制开关进行控制。下面根据测温传感器的类型分别进行说明。
[0025] 当测温传感器采用热电阻传感器RTD时，第一接线端子和第二接线端子分别接入热电阻传感器RTD两端，可采用2、3、4线的方式接入测量支路，当采用3线制接法时，控制模块闭合控制开关S2、S3、S5、S6、S7和S9，由于开关S5、S6和S9均闭合，此时B、C以及D处就可以通过模拟开关S5、S6和S9接入AD芯片；闭合开关S2、S3就可以将电流源Is1、Is2分别接入热电阻传感器RTD两端，AD芯片根据接入的三个模拟量采集端获取热电阻传感器RTD1的电压。该测量电路可以测量从‑200℃到+850℃温度范围，其中热电阻传感器RTD1采用PT100材质，它的阻值跟温度的变化成正比，测温电路采用了比率测量方法。AD芯片通过将测量RTD两边的电压U与来自同一激励源参考电压进行比对，从而转化成测量温度。
[0026] 为了进一步提高测量精度，本发明所采用的第一恒流源(恒流源IS1)和第二恒流源(恒流源IS2)为同一恒流源。这样在测量过程中，来自于同一电流源Is1、Is2两个电流具有相同的值，确保了两个电流值的紧密匹配。有D点所在的支路上融合两种电流，该支路通过低漂移参考电阻Rref接入模拟开关处的第四模拟量采集端，通过参考电阻产生的电压值，可对在电路中由温度或激励源的漂移或噪声引起的误差进行抵消，这些误差对传感器信号和参考都是共同的，因此，又进一步提高了温度测量精度。
[0027] 当需要对热电阻传感器进行断线检测时，也可以根据其的接线方式进行相应的检测，下面以热电阻传感器的3线制断线检测的电路为例进行阐述说明。热电阻传感器3线检测方法是：B、C路都加电流Is1、Is2时，启用监视功能，可以检测出D处的电流应为Is1+Is2，判断D处是否断线；B处加电流Is1时，启用监视功能，可以检测D处的电流应为Is1，可以判断B处是否断线；C加电流Is2时，启用监视功能，可以判断C处是否断线。通过该过程可知，可以实现对采用3线制接入的热电阻传感器进行断线检测。
[0028] 作为其他实施方式，也可以实现对采用2线制、4线制接入的热电阻传感器进行断线检测。当采用2线制时：闭合S2、S3、S5和S6，B、C两路通过RTD电阻来测温；若要进行断线检测，则在B路加电流Is1，启用监视功能，可以检测C处的电流Is1，因此来判断C处是否断线。当采用4线制：和2线制类似，短接A和B、C和D，通过RTD电阻来测量温度，闭合S1，S3，S4，S5，S6，S9，此过程电流不流经B、C路，ADC输入的电压等于RTD的电压；若要进行断线检测，则在A路加电流Is1，启用监视功能，检测D处的电流是否为Is1，以此来判断D处是否断线。
[0029] 当测温传感器采用热电偶传感器TC时，第一接线端子和第二接线端子分别接入热电偶传感器两端，同时闭合开关S2，S3，S5、S6、S8、S10，注入电流Is1,闭合开关S10，热电偶传感器工作，闭合开关S5、S6可采集热电偶传感器两端的电压，闭合开关S8可获取相应的基准电压Vbias，AD芯片将采集的热电偶传感器两端的电压和基准电压Vbias进行比较，转化为测量温度，另外基准电压Vibas可使热电偶采集正负电压，波形上半部分为正，下半部分为负。
[0030] 热电偶传感器断线检测方法：
[0031] 第一接线端子和第二接线端子分别接上热电偶，闭合开关S2、S3、S5、S6和S8，当热电偶接上时，Is1输出一个电流，流经热电偶，产生一个电压V1,该电压是小于AD的输入电压；当热电偶处开路时，B、C两处的电压通过稳压管将电压钳位在V2，AD芯片采集的电压为V2时，则判断为断线。
[0032] 带有断线检测功能的测温电路实施例
[0033] 本实施例的测温电路包括有用于连接到测温传感器两端的接线端子和测温支路，所述的接线端子包括有第一接线端子和第二接线端子，所述的测温支路包括与第一接线端子连接的第一采集支路和第二采集支路以及与第二接线端子连接的第三采集支路和第四采集支路，各采集支路通过相应的控制开关用于接入AD芯片的模拟量输入端，第二采集支路上和第三采集支路上分别连接有电流注入支路以分别接入第一接线端子和第二接线端子，第二采集支路上还连接有电压注入支路，电流注入支路和电压注入支路上均设置有相应的控制开关；各控制开关由控制模块控制，控制模块通过控制各控制开关实现测温传感器的温度测量和断线检测。具体的连接关系和工作原理已在带有断线检测功能的测温系统实施例中进行了详述，这里不再赘述。
