(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)实用新型专利
(10)授权公告号 CN 211602209 U(45)授权公告日 2020.09.29
(21)申请号 202020275857.5(22)申请日 2020.03.09
(73)专利权人 首凯汽车零部件（江苏）有限公司
地址 225603 江苏省扬州市高邮市经济开
发区长江路（科技创业中心内）(72)发明人 周洋 倪立 李明亚 王华 张祖力 (74)专利代理机构 南京苏高专利商标事务所
(普通合伙) 32204
代理人 冯艳芬(51)Int.Cl.
G01K 7/02(2006.01)
权利要求书1页 说明书3页 附图3页
(54)实用新型名称
一种集成式数字热电偶高温传感器(57)摘要
本实用新型公开了一种集成式数字热电偶高温传感器，包括多个热电偶探头、多根导线和一个集成电路盒，每个热电偶探头通过一根导线连接到所述集成电路盒，所述集成电路盒包括采
SPI、MCU、冷端补偿模块、CAN收发器集放大模块、
和电源模块，所述采集放大模块通过所述SPI连接所述MCU，所述冷端补偿模块和所述CAN收发器分别连接所述MCU，所述电源模块为其他各模块提供电源。本实用新型同时测量多路温度，精度更高。
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权 利 要 求 书
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1.一种集成式数字热电偶高温传感器，其特征在于：包括多个热电偶探头、多根导线和一个集成电路盒，每个热电偶探头通过一根导线连接到所述集成电路盒，所述集成电路盒包括采集放大模块、SPI、MCU、冷端补偿模块、CAN收发器和电源模块，所述采集放大模块通过所述SPI连接所述MCU，所述冷端补偿模块和所述CAN收发器分别连接所述MCU，所述电源模块为其他各模块提供电源。
2.根据权利要求1所述的集成式数字热电偶高温传感器，其特征在于：所述热电偶探头尖头外径为2mm。
3.根据权利要求1所述的集成式数字热电偶高温传感器，其特征在于：所述热电偶探头为绝缘型热电偶。
4.根据权利要求1所述的集成式数字热电偶高温传感器，其特征在于：所述热电偶探头外壁材质为Inconel601材料，绝缘物质为MgO粉末，芯线材料是N型或K型镍铬-镍硅合金。
5.根据权利要求1所述的集成式数字热电偶高温传感器，其特征在于：所述热电偶探头数量为2、3或者4。
6.根据权利要求1所述的集成式数字热电偶高温传感器，其特征在于：所述导线材质与热电偶芯线材质一致。
7.根据权利要求1所述的集成式数字热电偶高温传感器，其特征在于：所述电源模块内设有DCDC芯片，其输入端接有滤波电路，同时DCDC芯片内部采用二极管。
8.根据权利要求7所述的集成式数字热电偶高温传感器，其特征在于：所述电源模块的DCDC芯片输出端接有滤波电路和稳压电路。
9.根据权利要求1所述的集成式数字热电偶高温传感器，其特征在于：所述冷端补偿模块采用PT100热电阻测温进行冷端补偿。
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说 明 书
一种集成式数字热电偶高温传感器
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技术领域
[0001]本实用新型涉及温度检测系统，特别涉及安装在汽车排气系统的用于检测多个部位温度的集成式数字热电偶高温传感器，检测的最高温度可以达1200℃。背景技术
[0002]随着国家排放标准越来越严格，许多汽车或发动机厂家对后处理系统技术作了很多改进。其中高温传感器就是用于测量后处理系统关键部分温度并传递给ECU做出相应判断。
[0003]目前高温传感器有铂电阻、热敏电阻以及热电偶。铂电阻和热敏电阻的测温范围较窄，且到高温区阻值和温度线性关系较差，相对而言热电偶的测温范围、输出线性度以及响应时间都比较好。市场上铂电阻和热敏电阻高温传感器都是通过两根信号线将电阻信号转化为电压信号再传递给汽车ECU。[0004]热电偶有三种类型，露端型、接壳型和绝缘型。露端型热电偶响应时间快但是不能应用于腐蚀性环境，接壳型电偶响应时间快但是扛电磁干扰能力弱，绝缘型热电偶相对而言响应时间较慢但是具有良好的电气绝缘性能和抗环境干扰能力。
发明内容
[0005]发明目的：本实用新型针对现有技术存在的问题，提供一种集成式数字热电偶高温传感器，可以测量达1200℃的高温，且可同时测量多路温度，精度更高。[0006]技术方案：本实用新型所述的集成式数字热电偶高温传感器包括多个热电偶探头、多根导线和一个集成电路盒，每个热电偶探头通过一根导线连接到所述集成电路盒，所述集成电路盒包括采集放大模块、SPI、MCU、冷端补偿模块、CAN收发器和电源模块，所述采集放大模块通过所述SPI连接所述MCU，所述冷端补偿模块和CAN收发器分别连接所述MCU，所述电源模块为其他各模块提供电源。[0007]进一步的，所述热电偶为绝缘型热电偶，探头尖头外径为2mm，探头外壁材质为Inconel601材料，绝缘物质为MgO粉末，芯线材料是N型或K型镍铬-镍硅合金，探头数量为2、3或者4。所述导线材质与热电偶芯线材质一致。[0008]进一步的，所述电源模块内设有DCDC芯片，其输入端接有滤波电路，同时DCDC芯片内部采用二极管。所述电源模块的DCDC芯片输出端接有滤波电路和稳压电路。[0009]进一步的，所述冷端补偿模块采用PT100热电阻测温进行冷端补偿。[0010]有益效果：本实用新型与现有技术相比，其显著优点是：[0011]1、可以多路测量温度，且可以选择；[0012]2、热电偶探头结构保证高寿命、优良的输出线性度和响应时间；[0013]3、电路部分高度集成，结构小巧；[0014]4、直接与CAN连接，安装和维护更加方便、通讯抗干扰能力更强。
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说 明 书
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附图说明
[0015]图1是本实用新型提供的集成式数字热电偶高温传感器的结构图；[0016]图2是图1中热电偶探头尖头放大示意图；[0017]图3是图1中集成电路盒的电路模块图；
[0018]图4是图3中采集放大模块和冷端补偿模块的具体电路图；[0019]图5是图3中电源模块的具体电路图；[0020]图6是本实用新型的原理图。
具体实施方式
[0021]本实施例提供了一种集成式数字热电偶高温传感器，如图1所示，包括多个热电偶探头、多根导线和一集成电路盒，每个热电偶探头通过一根导线连接到集成电路盒，热电偶探头为绝缘型热电偶探头，探头通过拉伸变径工艺使尖头外径达到2mm，如图2所示，极细的热感部设计可确保快速的热响应性能，探头外壁材质为Inconel601材料，绝缘物质为MgO粉末，芯线材料是N型或K型镍铬-镍硅合金。多路热电偶探头用来探测汽车后处理系统不同部位的温度，可以为2路、3路或者4路，导线用来传递电势差，为了避免误差，导线材质必须和热电偶芯线材质一致。[0022]如图3所示，集成电路盒包括采集放大模块、SPI(串行外设接口，Serial Peripheral Interface)通讯模块、MCU、冷端补偿模块、CAN(控制器局域网络,Controller Area Network,CAN)收发器和电源模块，采集放大模块通过SPI连接MCU，冷端补偿模块和CAN收发器分别连接MCU，MCU芯片型号为MAX6675，电源模块为其他各模块提供电源。集成电路盒用来采集放大信号、校准信号以及冷端补偿，最终将信号转化为CAN信号输出到汽车CAN线。
[0023]图4所示为采集放大模块和冷端补偿模块的具体电路，采集放大模块主要由精密仪器放大器INA114及其外围电路构成，并采用REF102精密基准电源对热电偶提供工作电压，冷端补偿模块采用PT100热电阻测量冷端温度，补偿后热电偶产生的电动势由精密仪器放大器INA114放大后输出。
[0024]图5所示为电源模块的具体电路图，其内设有DCDC芯片，DCDC芯片内部采用二极管防止电压反接，电源芯片输入端采用C1和C3两个滤波电容，不仅可以滤除蓄电池供给电压中的噪声，还可以防止由于电容短路导致整个电源模块甚至整个传感器失效的情况，电源芯片输出端采用稳压二极管D1和电感L1以及电容C2和C4的组合，不仅可以将输出电压稳定在5V，也可以滤除输出端的杂波和噪声，还可以防止由于输入电压跌落导致输出突然终止的情况。
[0025]本实施例的工作原理为：如图6所示，多路热电偶通过塞贝克效应产生与温度对应的微弱电势差，进入集成电路盒，经由采集放大模块进行放大和校正等处理后，最终将模拟电压信号转化为数字信号，再通过SPI传递给MCU，同时冷端补偿模块采用PT100热电阻测量冷端温度，通过测出的电压信号反算出温度值，对热电偶采集的温度进行冷端补偿，最后MCU得到真实的测试点温度，通过CAN收发器把数字信号转化为CAN信号输出给CAN线。[0026]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和
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润饰也应视为本实用新型的保护范围。
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说 明 书 附 图
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图1
图2
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说 明 书 附 图
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图3
图4
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图5
图6
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