一種基于ISO122U隔離運(yùn)放的溫度采集電路

摘 要：為了實(shí)現(xiàn)檢測(cè)高電壓區(qū)域中的某一部分元件的溫度，設(shè)計(jì)了一種高可靠性的隔離溫度采集電路。電路的設(shè)計(jì)思路是先將輸入的熱敏電阻信號(hào)轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)，通過(guò)電壓跟隨電路，增加信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力，再通過(guò)隔離運(yùn)放ISO122U進(jìn)行后級(jí)電路保護(hù)，隔離運(yùn)放后級(jí)再通過(guò)OPA2227運(yùn)算放大器進(jìn)行電壓調(diào)零與放大，保證在溫度測(cè)量范圍內(nèi)輸出電壓為0-3.3V，再經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換電路后將信號(hào)送入DSP中進(jìn)行運(yùn)算處理。

關(guān)鍵詞：隔離運(yùn)放；溫度采集；高可靠性

溫度是自然界中最基本的一個(gè)物理量，[1]在工業(yè)生產(chǎn)中，我們時(shí)時(shí)刻刻需要對(duì)溫度敏感的物體進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)然如果這個(gè)物體處于高電壓、強(qiáng)磁場(chǎng)中，就需要進(jìn)行隔離處理，以免大電壓串?dāng)_到控制器中，損壞后級(jí)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(duì)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(cè)量溫度范圍內(nèi)的電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)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(jìn)行運(yùn)算。

2 溫度采集電路硬件設(shè)計(jì)

2.1 關(guān)于ISO122U隔離運(yùn)放介紹

ISO122U是美國(guó)BURR-BROWN公司推出的一款精密低成本的隔離運(yùn)算放大器，其非線性度最大0.02%，隔離電壓1500Vrms，信號(hào)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(guò)2pF的高壓電容進(jìn)行耦合。

2.2 模擬采集硬件電路設(shè)計(jì)

此次溫度采集電路所用的熱敏電阻為負(fù)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(jìn)行串并聯(lián)分壓，將電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，之后通過(guò)隔離運(yùn)放進(jìn)行1：1電壓跟隨及隔離，由于此隔離運(yùn)放的非線性度很小，因此采樣精度可以保證。在隔離運(yùn)放后端通過(guò)兩個(gè)OPA2227運(yùn)放以及滑動(dòng)變阻器進(jìn)行調(diào)零和放大。假設(shè)溫度采集電路的測(cè)溫范圍為-30℃～+110℃，那么我們需要先將-30℃對(duì)應(yīng)的熱敏電阻阻值輸入電路，通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)零電路中的滑動(dòng)變阻器，將輸出的結(jié)果調(diào)為0V，然后將+110℃對(duì)應(yīng)的熱敏電阻阻值輸入電路，調(diào)節(jié)放大電路中的滑動(dòng)變阻器，使得輸出結(jié)果為3.3V，從而保證整個(gè)測(cè)溫范圍內(nèi)的溫度都能被采集得到。處理之后的輸出信號(hào)通過(guò)AD轉(zhuǎn)換電路直接送入DSP中進(jìn)行運(yùn)算，結(jié)果可通過(guò)曲線擬合通過(guò)上位機(jī)顯示。

3 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的基于ISO122U隔離運(yùn)放的溫度采集電路具有較強(qiáng)的實(shí)用性和較高的可靠性，適用于高壓強(qiáng)磁場(chǎng)的工況中，通過(guò)隔離運(yùn)放可以有效的保護(hù)后級(jí)電路，同時(shí)通過(guò)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(biāo)，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(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

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

作者簡(jiǎn)介：王古森（1987-），男，陜西西安人，碩士，助教，陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)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。