真空环境下测温及信号变送装置.pdf

本发明公开了一种真空环境下测温及信号变送装置，该装置包括真空容器内部的测量发射部分和真空容器外部的接收显示部分。真空容器内部的测量发射部分中：热电偶、信号采集放大电路、模数A/D转换电路与第一单片机依次相连接，温度补偿电路与第一单片机、超声波发射电路、超声波发射头依次相连接；真空容器外部的接收显示部分中：超声波接收头与超声波接收电路、单片机、LED电子显示屏依次相连接。本发明具有的有益效果是可以在不破坏真空容器密封性和保温性的前提下，通过超声波发送和接受温度信号，达到准确测量和传输显示真空容器内部待测点温度的目的。

1.  一种真空环境下测温及信号变送装置，其特征在于包括真空容器内部的测量发射部分和真空容器外部的接收显示部分；真空容器内部的测量发射部分包括热电偶、信号采集放大电路、模数A/D转换电路、第一单片机、温度补偿电路、超声波发射电路、超声波发射头，热电偶与信号采集放大电路、模数A/D转换电路、第一单片机依次相连接，温度补偿电路与第一单片机、超声波发射电路、超声波发射头依次相连接；真空容器外部的接收显示部分包括依次相连接的超声波接收头、超声波接收电路、第二单片机和LED电子显示屏。

2.  如权利要求1所述的一种真空环境下测温及信号变送装置，其特征在于所述的信号采集放大电路和模数A/D转换电路为：电容C1的一端、电阻R1的一端和热电偶温度一补偿点b与芯片AD623端口7相连接；电容C1另一端接地；电阻R1另一端接+5v电压；热电偶温度另一补偿点c与芯片AD623端口8相连接；芯片AD623端口8又与端口4相连接共同接地；电阻R20两端分别与芯片AD623端口1和端口2相连接；电容C2一端接地；电容C2另一端与芯片AD623端口6共同连接+5v电压；电阻R2的一端接地；电阻R2的另一端与芯片AD623端口5，电阻R3一端相连接；电阻R3另一端接+5v电压相连接；芯片AD623端口OUT与芯片AD7810端口VIN+相连接；电容C3一端接地；电容C4一端接地；电容C3另一端、电容C4另一端、芯片AD7810端口VDD和端口VREF共同与+5v电压相连接；芯片AD7810端口VIN-和端口GND共同接地；芯片AD7810端口SCLK与第一单片机端口P1.0相连接；芯片AD7810端口DOUT与第一单片机端口P1.1相连接；芯片AD7810端口CONVNST与第一单片机端口P1.2相连接。

3.  如权利要求1所述的一种真空环境下测温及信号变送装置，其特征在于所述的第一单片机和温度补偿电路为：芯片DS18B20端口VDD与+5V电压相连接，端口GND接地，端口DQ与电阻R17一端共同接入第一单片机P3.2端；电阻R17另一端接+5v电压；第一单片机端口VCC与+5V电压相连接，端口EA/VPP与+5V电压相连接，端口GND接地；电容C10的一端与晶振Y1的一端共同与第一单片机端口XTAL1相连接；电容C11的一段与晶振Y1的另一端共同与第一单片机端口XTAL2相连接；电容C11的另一端、电容C10的另一端，电阻R18的一端共同接地；电阻R18的另一端与电容C12的一端共同与第一单片机端口RST端相连接；电容C12另一端接地。

4.  如权利要求1所述的一种真空环境下测温及信号变送装置，其特征在于所述的超声波发射头和超声波发射电路为：可调电阻R6一端接+5V电压；可调电阻R6另一端与电阻R4的一端相连接；电阻R4的另一端与芯片TLC555端口7、电阻R5的一端相连接；电阻R5的另一端、电容C5的一端与芯片TLC555端口6和端口2相连接；电容C5的另一端接地；芯片TLC555端口8与+5V电压相连接；电阻R7一端接+5V电压，另一段与PNP的发射极脚2、超声波发射头TX一端相连接；芯片TLC555端口3与PNP基极脚1相连接；芯片TLC555端口1与PNP的集电极脚3、超声波发射头TX另一端相连接共同接地。

5.  如权利要求1所述的一种真空环境下测温及信号变送装置，其特征在于所述的超声波接收头和超声波接收电路为：超声波接收头RX一端与电阻R8的一端相连接；超声波接收头RX另一端接地；电阻R8的另一端与电阻R11的一端、芯片ARI脚1相连接；电阻R9一端与+5V电压相连接，电阻R9另一端与电阻R10的一端、芯片ARI脚2相连接；电阻R10另一端接地；芯片ARI脚4与+5V电压相连接；芯片ARI脚5接地；电阻R11的另一端与电容C6的一端、电阻R12的一端、芯片ARI脚3相连接；电阻R12的另一端接地；电容C6的另一端与芯片LM567的脚3相连接；芯片LM567的脚4与+5V电压相连接；芯片LM567的脚5与电阻R13的一端相连接；电阻R13的另一端与可调电阻R14的一端相连接；芯片LM567的脚6与可调电阻R14的另一端、电容C7的一端相连接；电容C7的另一端接地；芯片LM567的脚7接地；芯片LM567的脚1与电容C8的一端相连接；电容C8的另一端接地；芯片LM567的脚2与电容C9的一端相连接；电容C9的另一端接地；芯片LM567的脚8与电阻R15的一端、电阻R16的一端、第二单片机的端口INT0相连接；电阻R15的另一端与发光二极管D1的一端相连接；发光二极管D1的另一端、电阻R16的另一端共同与+5V电压相连接。

6.  如权利要求1所述的一种真空环境下测温及信号变送装置，其特征在于所述的第二单片机和LED电子显示屏电路为：电子显示屏LED端口VCC与+5V电压相连接；电子显示屏LED端口DI与第二单片机端口P1.4相连接；电子显示屏LED端口CLK与第二单片机端口P1.4相连接；电子显示屏LED端口GND接地；第二单片机端口VCC与+5V电压相连接；第二单片机端口EA/VPP与+5V电压相连接；第二单片机端口GND接地；电容C13的一段与晶振Y2的一端共同与第二单片机端口XTAL1相连接；电容C14的一端与晶振Y2的另一端共同与第二单片机端口XTAL2相连接；电容C14的另一段、电容C13的另一端和电阻R19的一端共同接地；电阻R19的另一端与电容C15的一端共同与第二单片机端口RST相连接，电容C15另一端接地。

真空环境下测温及信号变送装置
技术领域
本发明涉及温度测量及显示装置，尤其涉及一种真空环境下测温及信号变送装置。
背景技术
目前，现有的工业测温装置一般是将测温传感器置于被测温位置，把温度信号转变成电信号予以传输显示。对于一些没有预留真空接头的真空容器或设备(如进口的冷冻干燥机)，常规测温装置无法在不破坏器壁的前提下准确测量真空内部的温度。本发明为这一类问题提供解决方案。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种真空环境下测温及信号变送装置。
真空环境下测温及信号变送装置包括真空容器内部的测量发射部分和真空容器外部的接收显示部分。真空容器内部的测量发射部分包括热电偶、信号采集放大电路、模数A/D转换电路、第一单片机、温度补偿电路、超声波发射电路、超声波发射头；热电偶与信号采集放大电路、模数A/D转换电路、第一单片机依次相连接，温度补偿电路与第一单片机、超声波发射电路、超声波发射头依次连接；真空容器外部的接收显示部分包括依次相连接的超声波接收头、超声波接受电路、第二单片机和LED电子显示屏。
所述的信号采集放大电路和串行模数A/D转换电路为：电容C1的一端、电阻R1的一端和热电偶温度一补偿点b与芯片AD623端口7相连接；电容C1另一端接地；电阻R1另一端接+5v电压；热电偶温度另一补偿点c与芯片AD623端口8相连接；芯片AD623端口8又与端口4相连接共同接地；电阻R20两端分别与芯片AD623端口1和端口2相连接；电容C2一端接地；电容C2另一端与芯片AD623端口6共同连接+5v电压；电阻R2的一端接地；电阻R2的另一端与芯片AD623端口5，电阻R3一端相连接；电阻R3另一端接+5v电压相连接；芯片AD623端口OUT与芯片AD7810端口VIN+相连接；电容C3一端接地；电容C4一端接地；电容C3另一端、电容C4另一端、芯片AD7810端口VDD和端口VREF共同与+5v电压相连接；芯片AD7810端口VIN-和端口GND共同接地；芯片AD7810端口SCLK与第一单片机端口P1.0相连接；芯片AD7810端口DOUT与第一单片机端口P1.1相连接；芯片AD7810端口CONVNST与第一单片机端口P1.2相连接。
所述的第一单片机和温度补偿电路为：芯片DS18B20端口VDD与+5V电压相连接，端口GND接地，端口DQ与电阻R17一端共同接入第一单片机P3.2端；电阻R17另一端接+5v电压；第一单片机端口VCC与+5V电压相连接，端口EA/VPP与+5V电压相连接，端口GND接地；电容C10的一端与晶振Y1的一端共同与第一单片机端口XTAL1相连接；电容C11的一段与晶振Y1的另一端共同与第一单片机端口XTAL2相连接；电容C11的另一端、电容C10的另一端，电阻R18的一端共同接地；电阻R18的另一端与电容C12的一端共同与第一单片机端口RST端相连接；电容C12另一端接地。
所述的超声波发射头和超声波发射电路为：可调电阻R6一端接+5V电压，另一端与电阻R4的一端相连接；电阻R4的另一端与芯片TLC555端口7、电阻R5的一端相连接；电阻R5的另一端、电容C5的一端与芯片TLC555端口6和端口2相连接；电容C5的另一端接地；芯片TLC555端口8与+5V电压相连接；电阻R7一端接+5V电压，另一段与PNP的发射极脚2、超声波发射头一端相连接；芯片TLC555端口3与PNP基极脚1相连接；芯片TLC555端口1与PNP的脚3、超声波发射头另一端相连接共同接地。
所述的超声波接收头和超声波接收电路为：超声波接收头RX一端与电阻R8的一端相连接；超声波接收头RX另一端接地；电阻R8的另一端与电阻R11的一端、芯片ARI脚1相连接；电阻R9一端与+5V电压相连接，电阻R9另一端与电阻R10的一端、芯片ARI脚2相连接；电阻R10另一端接地；芯片ARI脚4与+5V电压相连接；芯片ARI脚5接地；电阻R11的另一端与电容C6的一端、电阻R12的一端、芯片ARI脚3相连接；电阻R12的另一端接地；电容C6的另一端与芯片LM567的脚3相连接；芯片LM567的脚4与+5V电压相连接；芯片LM567的脚5与电阻R13的一端相连接；电阻R13的另一端与可调电阻R14的一端相连接；芯片LM567的脚6与可调电阻R14的另一端、电容C7的一端相连接；电容C7的另一端接地；芯片LM567的脚7接地；芯片LM567的脚1与电容C8的一端相连接；电容C8的另一端接地；芯片LM567的脚2与电容C9的一端相连接；电容C9的另一端接地；芯片LM567的脚8与电阻R15的一端、电阻R16的一端、第二单片机的端口INT0相连接；电阻R15的另一端与发光二极管D1的一端相连接；发光二极管D1的另一端、电阻R16的另一端共同与+5V电压相连接。
所述的第二单片机和LED电子显示屏电路为：电子显示屏LED端口VCC与+5V电压相连接；电子显示屏LED端口DI与第二单片机端口P1.4相连接；电子显示屏LED端口CLK与第二单片机端口P1.4相连接；电子显示屏LED端口GND接地；第二单片机端口VCC与+5V电压相连接；第二单片机端口EA/VPP与+5V电压相连接；第二单片机端口GND接地；电容C13的一段与晶振Y2的一端共同与第二单片机端口XTAL1相连接；电容C14的一端与晶振Y2的另一端共同与第二单片机端口XTAL2相连接；电容C14的另一段、电容C13的另一端和电阻R19的一端共同接地；电阻R19的另一端与电容C15的一端共同与第二单片机端口RST相连接，电容C15另一端接地。
本发明具有的有益效果是可以在不破坏真空容器密封性和保温性的前提下，通过超声波发送和接受温度信号，达到准确测量和传输显示温度的目的。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构原理框图；
图2是热电偶与信号采集放大电路和模数A/D转换部分电路图；
图3是第一单片机和温度补偿电路图；
图4是超声波发射头和超声波发射电路图；
图5是超声波接收头和超声波接收电路图；
图6是第二单片机和LED电子显示屏电路图；
图中：a：待测温度点、b，c：温度补偿点。
具体实施方式
本发明采用由单片机控制，通过超声波的发射和接收来传输温度信号。装置由位于真空容器内部的测量发射部分和外部的接收显示部分组成，测温传感器采用热电偶，热电偶测温端置于待测温度点a，将温度信号转变成电压信号，由信号采集放大电路放大该电压信号，再通过模数A/D转换器将电压模拟信号转换为数字信号接入单片机接口，同时温度补偿电路采用数字式温度传感器进行温度补偿。单片机以周期Ts接通输入信号，输出一持续时间与输入信号大小呈正比的高电频，该高电频控制超声波发射电路，超声波发射头紧贴真空容器内壁发射低频超声波。真空容器内部电路采用15伏电池供电，并通过稳压模块输出稳定的5伏电压。真空容器外部采用相同型号的超声波接收头，当接收到信号时，由超声波接收电路输出一低电频接入单片机，通过单片机内部处理将周期Ts时间内接收超声波的时间转变为温度值，并最终控制LED电子显示屏显示温度值。
如图1所示，真空环境下测温及信号变送装置包括真空容器内部的测量发射部分和真空容器外部的接收显示部分；真空容器内部的测量发射部分包括热电偶、信号采集放大电路、串行模数A/D转换电路、第一单片机、温度补偿电路、超声波发射电路、超声波发射头，热电偶与信号采集放大电路、串行模数A/D转换电路、第一单片机相连接，温度补偿电路与第一单片机、超声波发射电路、超声波发射头相连接；真空容器外部的接收显示部分包括依次相连接的超声波接收头、超声波接收电路、第二单片机和LED电子显示屏。
如图2所示信号采集放大电路、串行模数A/D转换部分电路。电容C1的一端、电阻R1的一端和热电偶温度一补偿点b与芯片AD623端口7相连接；电容C1另一端接地；电阻R1另一端接+5v电压；热电偶温度另一补偿点c与芯片AD623端口8相连接；芯片AD623端口8又与端口4相连接共同接地；电阻R20两端分别与芯片AD623端口1和端口2相连接；电容C2一端接地；电容C2另一端与芯片AD623端口6共同连接+5v电压；电阻R2的一端接地；电阻R2的另一端与芯片AD623端口5，电阻R3一端相连接；电阻R3另一端接+5v电压相连接；芯片AD623端口OUT与芯片AD7810端口VIN+相连接；电容C3一端接地；电容C4一端接地；电容C3另一端、电容C4另一端、芯片AD7810端口VDD和端口VREF共同与+5v电压相连接；芯片AD7810端口VIN-和端口GND共同接地；芯片AD7810端口SCLK与第一单片机端口P1.0相连接；芯片AD7810端口DOUT与第一单片机端口P1.1相连接；芯片AD7810端口CONVNST与第一单片机端口P1.2相连接。热电偶的测温端置于待测温度点a，冷端置于温度补偿点b和c，热电偶输出的热电势经信号采集放大电路放大，由串行模数A/D转换部分电路进行模数转换成数字信号输入第一单片机。
如图3所示冷端温度补偿电路与第一单片机部分电路。芯片DS18B20端口VDD与+5V电压相连接，端口GND接地，端口DQ与电阻R17一端共同接入第一单片机P3.2端；电阻R17另一端接+5v电压；第一单片机端口VCC与+5V电压相连接，端口EA/VPP与+5V电压相连接，端口GND接地；电容C10的一端与晶振Y1的一端共同与第一单片机端口XTAL1相连接；电容C11的一段与晶振Y1的另一端共同与第一单片机端口XTAL2相连接；电容C11的另一端、电容C10的另一端，电阻R18的一端共同接地；电阻R18的另一端与电容C12的一端共同与第一单片机端口RST端相连接；电容C12另一端接地。冷端温度补偿芯片DS18B20测量温度补偿点b和c的温度读入第一单片机的P3.2端口实现温度补偿，第一单片机内部通过程序控制，以周期Ts接通输入信号，在P1.6端口输出持续时间与补偿后温度大小呈正比的高电平。
如图4所示超声波发射部分电路图与超声波发射头。所述的超声波发射头和超声波发射电路为：可调电阻R6一端接+5V电压，另一端与电阻R4的一端相连接；电阻R4的另一端与芯片TLC555端口7、电阻R5的一端相连接；电阻R5的另一端、电容C5的一端与芯片TLC555端口6和端口2相连接；电容C5的另一端接地；芯片TLC555端口8与+5V电压相连接；电阻R7一端接+5V电压，另一段与PNP的发射极脚2、超声波发射头一端相连接；芯片TLC555端口3与PNP基极脚1相连接；芯片TLC555端口1与PNP的脚3、超声波发射头另一端相连接共同接地。由第一单片机输出的高电平接入超声波发射部分电路，控制超声波发射头发射低频的超声波，超声波发射头紧贴真空容器内壁。容器内部电路采用15伏电池供电，并通过稳压模块输出稳定的5伏电压。
如图5所示超声波接收头与超声波接收部分电路。所述的超声波接收头、超声波接受电路为：超声波接收头RX一端与电阻R8的一端相连接；超声波接收头RX另一端接地；电阻R8的另一端与电阻R11的一端、芯片ARI脚1相连接；电阻R9一端与+5V电压相连接，电阻R9另一端与电阻R10的一端、芯片ARI脚2相连接；电阻R10另一端接地；芯片ARI脚4与+5V电压相连接；芯片ARI脚5接地；电阻R11的另一端与电容C6的一端、电阻R12的一端、芯片ARI脚3相连接；电阻R12的另一端接地；电容C6的另一端与芯片LM567的脚3相连接；芯片LM567的脚4与+5V电压相连接；芯片LM567的脚5与电阻R13的一端相连接；电阻R13的另一端与可调电阻R14的一端相连接；芯片LM567的脚6与可调电阻R14的另一端、电容C7的一端相连接；电容C7的另一端接地；芯片LM567的脚7接地；芯片LM567的脚1与电容C8的一端相连接；电容C8的另一端接地；芯片LM567的脚2与电容C9的一端相连接；电容C9的另一端接地；芯片LM567的脚8与电阻R15的一端、电阻R16的一端、第二单片机的端口INT0相连接；电阻R15的另一端与发光二极管D1的一端相连接；发光二极管D1的另一端、电阻R16的另一端共同与+5V电压相连接。置于真空容器外部的超声波接收头，将接收到的超声波信号送入超声波接收电路，先经过通用音调译码器LM567识别，当接收到的频率信号和通用音调译码器LM567内部振荡产生频率一致时，由音调译码器LM5678端口OUT输出一低电平。
如图6所示第二单片机和LED电子显示部分电路。所述的第二单片机和LED电子显示屏电路为：电子显示屏LED端口DI与第二单片机端口P1.4相连接；电子显示屏LED端口CLK与第二单片机端口P1.4相连接；电子显示屏LED端口GND接地；第二单片机端口VCC与+5V电压相连接；第二单片机端口EA/VPP与+5V电压相连接；第二单片机端口GND接地；电容C13的一段与晶振Y2的一端共同与第二单片机端口XTAL1相连接；电容C14的一端与晶振Y2的另一端共同与第二单片机端口XTAL2相连接；电容C14的另一段、电容C13的另一端和电阻R19的一端共同接地；电阻R19的另一端与电容C15的一端共同与第二单片机端口RST相连接，电容C15另一端接地。由音调译码器LM567输出的低电平接入第二单片机的端口P3.2，第二单片机计数得周期Ts时间内低电平持续时间，并通过程序存储器的数据表格查出对应的温度值，最后通过LED电子显示屏显示得到真空容器内待测温度点的温度值。