温度采集系统前端的接地检测技术

　　在恶劣的工作环境下进行温度数据采集的过程中,通常会由于电缆表皮的破损等原因造成电缆接地,以至于采集到的数据不能可靠地反映真实温度,导致检测失败。因此在对测控要求较高的场合,就需要对电缆是否处于接地状态进行检测,以提高数据采集系统的可靠性。

　　1　接地检测电路设计

　　一般温度数据采集系统的感知器(热电阻、热电偶等)与数据采集系统之间有一定距离,通常采用电缆连接。本文介绍的这种接地检测方法可以对多通道温度数据采集系统中的各测量通道连接热电阻和热电偶的电缆是否接地进行判断。一旦有电缆接地造成系统测量不可靠,即可马上根据系统反馈的状态知道是哪一路出了问题,并提醒工作人员进行维修。接地检测提供了诊断的依据同时也缩短了维修的时间。

　　1·1　利用比较器进行接地检测

　　利用比较器来进行接地检测,其优点是:这样不仅节省了单片机的I/O口,而且在具体编程时只需查询比较器的输出状态即可。

　　利用比较器来进行接地检测的12通道接地检测原理如图1所示。图中Rt为外接热电阻,r为电缆内阻,Ka、Kb、Kc为通道选通继电器的常开端,K1、K2、K3为接地测试继电器的常开端。

　　事实上,在实际电路中我们使用C8051F020单片机,比较器0的输入可以承受-0·25~(AV+)+0·25V的外部驱动电压而不至损坏或发生工作错误,由于模拟电压源(AV+)=3V,取R₁=10kΩ,R₂=5·1kΩ可满足要求。取R₃=R₄=5·1kΩ,计算可知,当R_t<5·1kΩ时,该接地检测电路可正常且有效地工作。本设计要求温度测量范围为0~70℃(实际可达测量范围为-50℃~150℃),热电阻Rt可采用Cu50、Cu100、Pt10、Pt100、Pt1000。由于热电阻阻值随温度升高而增大,又由热电阻分度表可以查到,-50℃~150℃范围内Cu50、Cu100、Pt10、Pt100型热电阻R_t电阻值始终小于200Ω,Pt1000小于1·6kΩ,均可放心使用。

　　使用该电路进行接地检测过程如下:

　　(1)闭合K3,将地与系统信号地相连;

　　(2)闭合K1、K2,将测试电路接入;

　　(3)依次接通每个通道的Ka、Kb(注意:Kc此时一定不能闭合,否则测试结果恒为接地状态———相当于C端接地);

　　(4)检查比较器的输出状态,如果输出为“0”,则设定对应通道接地状态标志为“1”,如果输出为“1”,则设定对应接地状态标志为“0”。

　　1·2　利用光耦进行接地检测

　　当单片机的I/O口数量充足时,可以采用光耦进行接地检测,较简单方便,同时可起到隔离的作用。

　　利用光耦来进行接地检测的12通道接地检测原理如图2所示。图中U₁为光耦,R₁为限流电阻,R_t为外接热电阻,r为电缆内阻,Ka、Kb、Kc为通道选通继电器的常开端,K1、K2为接地测试继电器的常开端,P4·6为单片机的一个I/0口。