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一种金属表面多点 温度测量装置

阅读：357发布：2021-06-08

专利汇可以提供一种金属表面多点温度测量装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种金属表面多点温度测量装置，包括相互通讯的温度采集端和微控制器；温度采集端设置多路，包括贴片式铂热电阻、RTD至数字输出转换器和基准电压源；基准电压源与RTD至数字输出转换器连接，贴片式铂热电阻与金属表面相接触并采用全差分模拟输入连接到RTD至数字输出转换器；RTD至数字输出转换器还通过全差分基准输入方式连接有参考电阻；RTD至数字输出转换器计算贴片式铂热电阻的阻值与参考电阻的比值，并将其转换成ADC编码，然后将ADC编码传输到微控制器；微控制器依据接收到的ADC编码计算出待测金属表面的温度，本装置检测过程简单、精度高，适用于对金属支撑装置表面温度的精密监测。，下面是一种金属表面多点温度测量装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种金属表面多点温度测量装置，包括相互通讯的温度采集端和微控制器；温度采集端设置多路，分别采集待测金属表面不同位置的温度；其特征在于：
所述温度采集端包括贴片式铂热电阻、RTD至数字输出转换器和基准电压源；所述基准电压源与所述RTD至数字输出转换器连接，为其供电；所述贴片式铂热电阻与金属表面相接触并采用全差分模拟输入连接到所述RTD至数字输出转换器；所述RTD至数字输出转换器还通过全差分基准输入方式连接有参考电阻；
所述RTD至数字输出转换器计算贴片式铂热电阻与参考电阻的阻值比值，并将其转换成ADC编码，然后将ADC编码传输到微控制器；所述微控制器依据接收到的ADC编码计算出待测金属表面的温度。
2.如权利要求1所述金属表面多点温度测量装置，其特征在于：所述多路温度采集端并联在同一组线路后连接在所述微控制器上。
3.如权利要求1所述金属表面多点温度测量装置，其特征在于，所述贴片式铂热电阻为三线制或四线制。
4.如权利要求1所述金属表面多点温度测量装置，其特征在于，所述温度采集端和微控制器的数据传输采用SPI总线，所述SPI总线包括时钟信号SCLK和数据信号SDI、SDO。
5.如权利要求4所述金属表面多点温度测量装置，其特征在于，在所述时钟信号SCLK和数据信号SDI、SDO上的源端串接电阻。
6.如权利要求1所述金属表面多点温度测量装置，其特征在于，RTD至数字输出转换器的VDD管脚与基准电压源之间连接磁珠以及滤波电容。
7.如权利要求1所述金属表面多点温度测量装置，其特征在于，所述基准电压源为REF3033。
8.如权利要求1所述金属表面多点温度测量装置，其特征在于，所述贴片式铂热电阻采用PT100。
9.如权利要求1所述金属表面多点温度测量装置，其特征在于，所述RTD至数字输出转换器为芯片MAX31865。
10.如权利要求1所述金属表面多点温度测量装置，其特征在于，所述微控制器为单片机，所述单片机同步采集多路温度采集端的信号，通过片选管脚识别各路温度采集端。

说明书全文

一种金属表面多点温度测量装置

技术领域

[0001] 本实用新型涉及温度测量领域，具体涉及一种金属表面多点温度测量装置。

背景技术

[0002] 金属部件(杆件、管件、导轨等)是机械加工中最为常见的部件之一，在视觉测量领域中，金属部件经常作为精密测量部件(如相机、DLP等)的固定支撑装置；在长时间的检测过程中，金属部件会随着温度的变化而发生胀缩现象，金属部件不同程度的形变，将直接导致固定在其上的精密测量部件发生位置偏移，进而导致测量精度降低；为了降低金属部件胀缩现象对测量精度的影响，需要采集金属表面的温度变化，进而对金属形变量进行评估；现有的温度采集过程精度不高，且一致性较差，测量前往往需要复杂的补偿过程，对同一金属部件的不同点温度很难进行高精度测量，不能满足精密测量要求。
发明内容

[0003] 为了解决上述问题，本实用新型提供了一种金属表面多点温度测量装置，本测量装置设计，检测过程简单、高效，精度高，适用于对金属支撑装置表面温度的精密监测。

[0004] 本实用新型技术方案如下：

[0005] 一种金属表面多点温度测量装置，包括相互通讯的温度采集端和微控制器；温度采集端设置多路，分别采集待测金属表面不同位置的温度；

[0006] 所述温度采集端包括贴片式铂热电阻、RTD至数字输出转换器和基准电压源；所述基准电压源与所述RTD至数字输出转换器连接，为其供电；所述贴片式铂热电阻与金属表面相接触并采用全差分模拟输入连接到所述RTD至数字输出转换器；所述RTD至数字输出转换器还通过全差分基准输入方式连接有参考电阻；

[0007] 所述RTD至数字输出转换器计算贴片式铂热电阻与参考电阻的阻值比值，并将其转换成ADC编码，然后将ADC编码传输到微控制器；所述微控制器依据接收到的ADC编码计算出待测金属表面的温度。

[0008] 进一步，所述多路温度采集端并联在同一组线路后连接在所述微控制器上。

[0009] 进一步，所述贴片式铂热电阻为三线制或四线制。

[0010] 进一步，所述贴片式铂热电阻的一端引线连接RTD至数字输出转换器的FORCE+和RTDIN+管脚，另一端引线连接RTD至数字输出转换器的FORCE-和RTDIN-管脚。

[0011] 进一步，所述温度采集端和微控制器的数据传输采用SPI总线，所述SPI总线包括时钟信号SCLK和数据信号SDI、SDO。

[0012] 为了减少PCB布线中造成的信号振铃，为信号质量提供保障；

[0013] 进一步，在所述时钟信号SCLK和数据信号SDI、SDO上的源端串接电阻。

[0014] 为了避免三路电源串扰，保证电源精度；

[0015] 进一步，所述RTD至数字输出转换器的VDD管脚与基准电压源之间连接磁珠以及滤波电容。

[0016] 优选，所述基准电压源为REF3033。

[0017] 优选，所述贴片式铂热电阻采用PT100。

[0018] 优选，所述RTD至数字输出转换器采用MAX31865。

[0019] 优选，所述微控制器为单片机，所述单片机同步采集多路温度采集端的信号，通过片选管脚识别各路温度采集端。

[0020] 本实用新型设计了一种金属表面多点温度测量装置，采用高精度的铂热电阻，感知金属表面的温度变化，如PT100在0℃时的阻值为100Ω，温度每变化1℃，PT100的阻值变化约为0.39Ω，测温范围为-200℃～+850℃，且在-200℃～+600℃温度范围内，线性度非常接近直线，铂热电阻采用三线或四线制连接方法，利用差分输入方式消除线缆带来的线阻误差；参考电阻选用高精度电阻，减小参考电阻的精度带来的误差；供电电源采用基准电压源，温度系数为75PPM/℃,温漂和电源纹波极小，本测量装置对金属表面的温度测量精度达到了≤0.3℃，多路温度采集端的数据误差小，能够满足对金属表面多点温度的高精度测量需求。附图说明

[0021] 图1为实施例中测量装置结构框图；

[0022] 图2为实施例中测量装置原理图；

[0023] 图3为实施例中PT100四线制连接图。

具体实施方式

[0024] 以下结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案进行详细描述。

[0025] 以金属导轨表面温度测量为例、金属导轨支撑视觉传感器，为了防止视觉传感器受到金属导轨形变导致其测量精度受损，本实施例采用一种金属导轨表面多点温度测量装置，如图1所示，包括相互通讯的温度采集端和微控制器；温度采集端设置三路，等距设置在金属导轨表面，分别采集金属导轨表面不同位置的温度；三路温度采集端并联在同一组线路后连接在所述微控制器上，本实施例中，微控制器U5为单片机STM32F407VGT6，单片机同步采集三路温度采集端的信号，通过片选管脚CS1、CS2、CS3，识别各路温度采集端的数据信号；

[0026] 其中，温度采集端采用PT100贴片式铂热电阻、MAX31865芯片和REF3033基准电压源，PT100贴片式铂热电阻采用全差分模拟输入连接到MAX31865芯片；作为本实施例的一种实施方式，如图2所示，PT100贴片式铂热电阻采用三线制，即铂热电阻的一端双引线分别连接MAX31865芯片的FORCE+和RTDIN+管脚，另一端单引线连接MAX31865芯片的FORCE-和RTDIN-管脚；

[0027] MAX31865芯片通过全差分基准输入方式连接有参考电阻Rref；

[0028] REF3033基准电压源为MAX31865芯片供电；为了避免三路电源串扰，保证电源精度；在每个MAX31865芯片的VDD管脚与REF3033之间分别连接磁珠FB1、FB2、FB3以及滤波电容。

[0029] 使用时，MAX31865芯片分别读取PT100的电阻值与参考电阻值之比，通过内部15位模/数转换器转换成ADC编码，并将ADC编码存储于RTD电阻寄存器中，三片MAX31865芯片(U1、U2、U3)的SPI总线共用，微处理器通过SPI总线(时钟信号SCLK和数据信号SDI、SDO)读取ADC编码，再计算得出测试点的实时温度值，同时，通过对比标准温度值，可以判断出金属导轨表面的温度变化；当温度变化量超出额定值时，说明外界环境温度较高，此时，启用降温装置，为金属导轨降温。

[0030] 为了减少PCB布线中造成的信号振铃，为信号质量提供保障，在时钟信号SCLK和数据信号SDI、SDO上的源端串接电阻R4、R5、R1、R2、R3。

[0031] 作为本实施例的另一种实施方式，如图3所示，PT100贴片式铂热电阻与MAX31865芯片的连接还可以采用四线制连接方式，即铂热电阻的一端双引线分别连接MAX31865芯片的FORCE+和RTDIN+管脚，另一端双引线分别连接MAX31865芯片的FORCE-和RTDIN-管脚；利用差分输入方式消除线缆带来的线阻误差。

[0032] 前面对本实用新型具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本实用新型限制为所公开的精确形式。

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