一种多通道隔离型温度采集电路制造技术

技术编号:12909179 阅读:113 留言:0更新日期:2016-02-24 15:18
一种多通道隔离型温度采集电路,包括依次连接的热电偶、模拟数字转换电路、多通道隔离电路、数据处理器及数显设备,热电偶用于采集待测物体的模拟电压值;模拟数字转换电路,用于将所述待测物体的模拟电压值转换为数字电压值,并对转换后的待测物体的数字电压值进行校正;多通道隔离电路,用于传输校正后的数字电压值并保持其与电源隔离;数据处理器,用于根据电压温度转换公式将所述数字电压值转换为温度值;数显设备,用于显示实际温度值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种温度采集电路,具体来讲是一种多通道隔离型温度采集电路
技术介绍
随着工业自动化技术的不断发展,测温技术被广泛地应用与电力、冶金、化工、机 械、食品等行业,在生产过程中有着极其重要的地位;热电阻和热电偶凭借其高精度高响应 速度成为两种应用最广的测温元件。 测温现场很多都是高温、高湿、强电磁干扰的恶劣环境,且传感器导线有被高电压 击中的风险,在这种情况下,保证测温装置可靠稳定的运行尤为重要,模拟通道前端需要与 数字系统进行隔离,由于通用热电偶信号电压在±80mV范围内,信号较弱,一般采取模拟 后端被AD量化为数字量后再隔离。在该隔离电路方案中,采取数字隔离器+隔离电源方案 分立设计方案,模拟通道可以做到较大温度范围内保持极高精度,数字隔离器体积也很小, 但需另配隔离电源。模拟通道的电源通常需求多种电源,如同时需要±12V、5V。由隔离电 源+数字隔离器构成的隔离电路方案,往往还会占用较大的PCB空间,对于模拟通道密集的 大型控制系统性价比不高。 常规模拟通道电源设计,如图3所示,先用隔离电压为2kV的DC/DC降压,但由于 开关电源纹波噪声较大(几十个mV),所以后端还需线性稳压电源LD0做进一步处理;另外 模拟通道通常还需负压,这时还需一电荷栗电路将正压转换成负压,以满足模拟通道正负 电源轨对称的需要。由于AD转换器除模拟电源外还需要数字电源,所以通常需用一 LD0做 转换。 模拟量被AD量化成数字信号后,也要进行隔离,通常采用类似ADUM3480的数字隔 离器,如图4所示,数据速率最高可达25Mbps (NRZ);隔离耐压,依据UL 1577,1分钟3, 750V rms ;低传播延迟:25ns(典型值);低动态功耗;1. 8V至5V电平转换;工作温度最高可达: 125°C ;高共模瞬变抗扰度:>25kV/ μ s ;20引脚SS0P封装,符合RoHS标准。上述这种隔离 电路方案使用1个D⑶C、2个LD0、1个电荷栗、1个数字隔离器。此种电路需器件数量多,电 路设计复杂,占用较大PCB电路板面积,性价比不高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是,提供一种多通道隔离型温度采集电路,该设计能 够满足热电偶模拟通道既要实现隔离,又要实现高精度,小体积,同时还满足低功耗、高性 价比的综合性要求。 本专利技术解决以上技术问题的技术方案: -种多通道隔离型温度采集电路,包括依次连接的热电偶、模拟数字转换电路、多 通道隔离电路、数据处理器及数显设备; 模拟数字转换电路,用于将所述待测物体的模拟电压值转换为数字电压值,并对 转换后的待测物体的数字电压值进行校正; 多通道隔离电路,用于传输校正后的数字电压值并保持其与电源隔离; 数据处理器,用于根据电压温度转换公式将所述数字电压值转换为温度值; 数显设备,用于显示实际温度值。 本专利技术进一步限定的技术方案为: 进一步的,多通道隔离电路包括DC-DC转换器、隔离式稳压电源轨和数字隔离器 通信通道,其中DC-DC转换器和隔离式稳压电源轨电连,所述数字隔离器通信通道分别与 DC-DC转换器、隔离式稳压电源轨电气隔离。 进一步的,多通道隔离电路为一个6通道SPI/数字隔离器。 进一步的,隔离式稳压电源轨的后端连有π型滤波器,所述多通道隔离电路的模 拟接地端和数字接地端分别串接有跨接电容。 进一步的,模拟数字转换电路包括增益放大器和RFI滤波器,在增益放大器输入 端设有限流电阻、ESD保护二极管,增益放大器通过开关二极管连通电源并通过TVS二极管 接地。 进一步的,热电偶的冷端为四线制PT100电阻测量电路。 总之,本专利技术采用本隔离电路,能够使通道较多热电偶采集板卡有限的PCB空间 实现较高集成,实现了通道高精度,高隔离,小体积,低功耗、高性价比的隔离方案。【附图说明】 图1 :热电偶工作原理; 图2 :热电偶信号采集处理图; 图3 :常规模拟通道电源设计图; 图4 :数字隔离器ADuM3480 ; 图5 :新型数字隔离器LTM2883 ; 图6 :本专利技术中隔离电路的连接示意图; 图7 :本专利技术中原边和副边的跨接电容; 图8 :热电偶模拟通道信号流图。 图9 :热电偶冷端采集电路。【具体实施方式】 实施例1 本专利技术提出的热电偶电路隔离方案能将上述5个分立电路集成到1个简单电路, 使通道隔离电路设计简洁且易于设计。如图2所示,本专利技术包括依次连接的热电偶、模拟 数字转换电路、多通道隔离电路、数据处理器及数显设备。其中,热电偶用于采集待测物体 的模拟电压值;热电偶工作原理:热电偶由一对一端连接的不同材料的导体组成并作为热 电效应测量温度电路的一部分;热电偶是按照塞贝克效应原理(两种不同成份的均质导 体组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就会有电流通过,此时两端之间就存在 Seebeck电动势,当热电偶参考端温度恒定时,热电偶测量端温度与热电势之间存在一定函 数关系)进行温度测量的。热电偶的典型结构如图1所示:1、"A"和"B"称为热电极。2、 接点" 1"由两个热电极焊接形成," 1"叫做热电偶测量端(也称为热电偶工作端或热电偶 热端)。3、接点"2"称为参考端(也称为热电偶参比端、热电偶自由端或者热电偶冷端)。 4、"3"为热电偶补偿导线。5、"4"为显示控制仪、无纸记录仪、PLC、DCS等测量装置。 本专利技术采用的关键芯片是Linear公司的数字隔离器LTM2883,体积小巧。如图5 所示,主要参数:输入电压5V,输出具有可调± 12. 5V和5V稳定电源,集成SPI数字隔离 器,隔离电压2500¥冊3;负载能力:5¥(高达30滅),±12.5¥(高达20滅) ;3?14]\1抱/81抱, BGA封装。 隔离电路方案实现:如图6所示,据LTM2883datasheet输出5V、±12. 5V最高纹 波值3mVrms,但细看其纹波的Vp-p和开关频率还是比较高,且仪放和当前第1页1 2 本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种多通道隔离型温度采集电路,包括依次连接的热电偶、模拟数字转换电路、多通道隔离电路、数据处理器及数显设备,其特征在于:所述热电偶用于采集待测物体的模拟电压值;所述模拟数字转换电路,用于将所述待测物体的模拟电压值转换为数字电压值,并对转换后的待测物体的数字电压值进行校正;所述多通道隔离电路,用于传输校正后的数字电压值并保持其与电源隔离;所述数据处理器,用于根据电压温度转换公式将所述数字电压值转换为温度值;所述数显设备,用于显示实际温度值。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:吴新东王道斌张晓冬金成日张春雷
申请(专利权)人:北京广利核系统工程有限公司中国广核集团有限公司
类型:发明
国别省市:北京;11

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