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        一種基于ISO122U隔離運放的溫度采集電路

        2018-09-22 07:49:20王古森
        科技風 2018年27期
        關(guān)鍵詞:高可靠性

        摘 要:為了實現(xiàn)檢測高電壓區(qū)域中的某一部分元件的溫度,設計了一種高可靠性的隔離溫度采集電路。電路的設計思路是先將輸入的熱敏電阻信號轉(zhuǎn)化成電壓信號,通過電壓跟隨電路,增加信號的驅(qū)動能力,再通過隔離運放ISO122U進行后級電路保護,隔離運放后級再通過OPA2227運算放大器進行電壓調(diào)零與放大,保證在溫度測量范圍內(nèi)輸出電壓為0-3.3V,再經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換電路后將信號送入DSP中進行運算處理。

        關(guān)鍵詞:隔離運放;溫度采集;高可靠性

        溫度是自然界中最基本的一個物理量,[1]在工業(yè)生產(chǎn)中,我們時時刻刻需要對溫度敏感的物體進行檢測,當然如果這個物體處于高電壓、強磁場中,就需要進行隔離處理,以免大電壓串擾到控制器中,損壞后級電路。

        1 溫度采集電路方案

        溫度采集電路的整體方案如圖中所示。該方案主要分為三大部分,分別為外界輸入、模擬采集、數(shù)字處理。對于外界輸入的熱敏電阻選擇103AT-2,溫度采集范圍-30℃~+110℃,該熱敏電阻的溫度與阻值部分關(guān)系見表格。模擬采集部分的電路主要是將測量溫度范圍內(nèi)的電阻信號轉(zhuǎn)換成電壓信號,經(jīng)過濾波、隔離、放大、限幅等處理,輸出0-3.3V的電壓。數(shù)字處理部分采用的是12位精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片,將采集到的模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,送給DSP進行運算。

        2 溫度采集電路硬件設計

        2.1 關(guān)于ISO122U隔離運放介紹

        ISO122U是美國BURR-BROWN公司推出的一款精密低成本的隔離運算放大器,其非線性度最大0.02%,隔離電壓1500Vrms,信號帶寬50kHz且溫漂為200μV/℃,供電電壓為±4.5V~±18V,輸入側(cè)的靜態(tài)電流為±5mA,輸出側(cè)的靜態(tài)電流為±5.5mA,其耦合方式是通過2pF的高壓電容進行耦合。

        2.2 模擬采集硬件電路設計

        此次溫度采集電路所用的熱敏電阻為負溫度系數(shù)熱敏電阻,即電阻阻值隨著溫度的升高而降低。首先需要將輸入的熱敏電阻與固定電阻進行串并聯(lián)分壓,將電阻信號轉(zhuǎn)換成電壓信號,之后通過隔離運放進行1:1電壓跟隨及隔離,由于此隔離運放的非線性度很小,因此采樣精度可以保證。在隔離運放后端通過兩個OPA2227運放以及滑動變阻器進行調(diào)零和放大。假設溫度采集電路的測溫范圍為-30℃~+110℃,那么我們需要先將-30℃對應的熱敏電阻阻值輸入電路,通過調(diào)節(jié)調(diào)零電路中的滑動變阻器,將輸出的結(jié)果調(diào)為0V,然后將+110℃對應的熱敏電阻阻值輸入電路,調(diào)節(jié)放大電路中的滑動變阻器,使得輸出結(jié)果為3.3V,從而保證整個測溫范圍內(nèi)的溫度都能被采集得到。處理之后的輸出信號通過AD轉(zhuǎn)換電路直接送入DSP中進行運算,結(jié)果可通過曲線擬合通過上位機顯示。

        3 結(jié)語

        本文設計的基于ISO122U隔離運放的溫度采集電路具有較強的實用性和較高的可靠性,適用于高壓強磁場的工況中,通過隔離運放可以有效的保護后級電路,同時通過電壓偏置和放大電路相結(jié)合,從而保證了溫度采集范圍。下一步工作目標,即熱敏電阻若出現(xiàn)接觸不良或者溫度超出量程,電路該如何設計。

        參考文獻:

        [1]孫毅剛.基于LabVIEW的多通道溫度監(jiān)測系統(tǒng)設計[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2017,40(8):183-186.

        作者簡介:王古森(1987-),男,陜西西安人,碩士,助教,陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院,主要從事電子信息工程技術(shù)、硬件電路等方面的研究工作。

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