一種多通道隔離型溫度采集電路的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種溫度采集電路，具體來講是一種多通道隔離型溫度采集電路。
【背景技術】
[0002] 隨著工業(yè)自動化技術的不斷發(fā)展，測溫技術被廣泛地應用與電力、冶金、化工、機 械、食品等行業(yè)，在生產過程中有著極其重要的地位；熱電阻和熱電偶憑借其高精度高響應 速度成為兩種應用最廣的測溫元件。
[0003] 測溫現(xiàn)場很多都是高溫、高濕、強電磁干擾的惡劣環(huán)境，且傳感器導線有被高電壓 擊中的風險，在這種情況下，保證測溫裝置可靠穩(wěn)定的運行尤為重要，模擬通道前端需要與 數(shù)字系統(tǒng)進行隔離，由于通用熱電偶信號電壓在±80mV范圍內，信號較弱，一般采取模擬 后端被AD量化為數(shù)字量后再隔離。在該隔離電路方案中，采取數(shù)字隔離器+隔離電源方案 分立設計方案，模擬通道可以做到較大溫度范圍內保持極高精度，數(shù)字隔離器體積也很小， 但需另配隔離電源。模擬通道的電源通常需求多種電源，如同時需要±12V、5V。由隔離電 源+數(shù)字隔離器構成的隔離電路方案，往往還會占用較大的PCB空間，對于模擬通道密集的 大型控制系統(tǒng)性價比不高。
[0004] 常規(guī)模擬通道電源設計，如圖3所示，先用隔離電壓為2kV的DC/DC降壓，但由于 開關電源紋波噪聲較大（幾十個mV)，所以后端還需線性穩(wěn)壓電源LD0做進一步處理；另外 模擬通道通常還需負壓，這時還需一電荷栗電路將正壓轉換成負壓，以滿足模擬通道正負 電源軌對稱的需要。由于AD轉換器除模擬電源外還需要數(shù)字電源，所以通常需用一 LD0做 轉換。
[0005] 模擬量被AD量化成數(shù)字信號后，也要進行隔離，通常采用類似ADUM3480的數(shù)字隔 離器，如圖4所示，數(shù)據(jù)速率最高可達25Mbps (NRZ);隔離耐壓，依據(jù)UL 1577,1分鐘3, 750V rms ;低傳播延遲：25ns(典型值）；低動態(tài)功耗；1. 8V至5V電平轉換；工作溫度最高可達： 125°C ;高共模瞬變抗擾度：>25kV/ μ s ;20引腳SS0P封裝，符合RoHS標準。上述這種隔離 電路方案使用1個D⑶C、2個LD0、1個電荷栗、1個數(shù)字隔離器。此種電路需器件數(shù)量多，電 路設計復雜，占用較大PCB電路板面積，性價比不高。
【發(fā)明內容】
[0006] 本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種多通道隔離型溫度采集電路，該設計能 夠滿足熱電偶模擬通道既要實現(xiàn)隔離，又要實現(xiàn)高精度，小體積，同時還滿足低功耗、高性 價比的綜合性要求。
[0007] 本發(fā)明解決以上技術問題的技術方案：
[0008] -種多通道隔離型溫度采集電路，包括依次連接的熱電偶、模擬數(shù)字轉換電路、多 通道隔離電路、數(shù)據(jù)處理器及數(shù)顯設備；
[0009] 模擬數(shù)字轉換電路，用于將所述待測物體的模擬電壓值轉換為數(shù)字電壓值，并對 轉換后的待測物體的數(shù)字電壓值進行校正；
[0010] 多通道隔離電路，用于傳輸校正后的數(shù)字電壓值并保持其與電源隔離；
[0011] 數(shù)據(jù)處理器，用于根據(jù)電壓溫度轉換公式將所述數(shù)字電壓值轉換為溫度值；
[0012] 數(shù)顯設備，用于顯示實際溫度值。
[0013] 本發(fā)明進一步限定的技術方案為：
[0014] 進一步的，多通道隔離電路包括DC-DC轉換器、隔離式穩(wěn)壓電源軌和數(shù)字隔離器 通信通道，其中DC-DC轉換器和隔離式穩(wěn)壓電源軌電連，所述數(shù)字隔離器通信通道分別與 DC-DC轉換器、隔離式穩(wěn)壓電源軌電氣隔離。
[0015] 進一步的，多通道隔離電路為一個6通道SPI/數(shù)字隔離器。
[0016] 進一步的，隔離式穩(wěn)壓電源軌的后端連有π型濾波器，所述多通道隔離電路的模 擬接地端和數(shù)字接地端分別串接有跨接電容。
[0017] 進一步的，模擬數(shù)字轉換電路包括增益放大器和RFI濾波器，在增益放大器輸入 端設有限流電阻、ESD保護二極管，增益放大器通過開關二極管連通電源并通過TVS二極管 接地。
[0018] 進一步的，熱電偶的冷端為四線制PT100電阻測量電路。
[0019] 總之，本發(fā)明采用本隔離電路，能夠使通道較多熱電偶采集板卡有限的PCB空間 實現(xiàn)較高集成，實現(xiàn)了通道高精度，高隔離，小體積，低功耗、高性價比的隔離方案。
【附圖說明】
[0020] 圖1 :熱電偶工作原理；
[0021] 圖2 :熱電偶信號采集處理圖；
[0022] 圖3 :常規(guī)模擬通道電源設計圖；
[0023] 圖4 :數(shù)字隔離器ADuM3480 ;
[0024] 圖5 :新型數(shù)字隔離器LTM2883 ;
[0025] 圖6 :本發(fā)明中隔離電路的連接示意圖；
[0026] 圖7 :本發(fā)明中原邊和副邊的跨接電容；
[0027] 圖8 :熱電偶模擬通道信號流圖。
[0028] 圖9 :熱電偶冷端采集電路。
【具體實施方式】
[0029] 實施例1
[0030] 本發(fā)明提出的熱電偶電路隔離方案能將上述5個分立電路集成到1個簡單電路， 使通道隔離電路設計簡潔且易于設計。如圖2所示，本發(fā)明包括依次連接的熱電偶、模擬 數(shù)字轉換電路、多通道隔離電路、數(shù)據(jù)處理器及數(shù)顯設備。其中，熱電偶用于采集待測物體 的模擬電壓值；熱電偶工作原理：熱電偶由一對一端連接的不同材料的導體組成并作為熱 電效應測量溫度電路的一部分；熱電偶是按照塞貝克效應原理（兩種不同成份的均質導 體組成閉合回路，當兩端存在溫度梯度時，回路中就會有電流通過，此時兩端之間就存在 Seebeck電動勢，當熱電偶參考端溫度恒定時，熱電偶測量端溫度與熱電勢之間存在一定函 數(shù)關系）進行溫度測量的。熱電偶的典型結構如圖1所示：1、"A"和"B"稱為熱電極。2、 接點" 1"由兩個熱電極焊接形成，" 1"叫做熱電偶測量端（也稱為熱電偶工作端或熱電偶 熱端）。3、接點"2"稱為參考端（也稱為熱電偶參比端、熱電偶自由端或者熱電偶冷端）。 4、"3"為熱電偶補償導線。5、"4"為顯示控制儀、無紙記錄儀、PLC、DCS等測量裝置。
[0031] 本發(fā)明采用的關鍵芯片是Linear公司的數(shù)字隔離器LTM2883,體積小巧。如圖5 所示，主要參數(shù)：輸入電壓5V，輸出具有可調± 12. 5V和5V穩(wěn)定電源，集成SPI數(shù)字隔離 器，隔離電壓2500￥冊3;負載能力：5￥(高達30滅），±12.5￥(高達20滅） ；3?14]\1抱/81抱， BGA封裝。
[0032] 隔離電路方案實現(xiàn)：如圖6所示，據(jù)LTM2883datasheet輸出5V、±12. 5V最高紋 波值3mVrms，但細看其紋波的Vp-p和開關頻率還是比較高，且儀放和