多路温度信号预处理电路.pdf
《多路温度信号预处理电路.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《多路温度信号预处理电路.pdf(4页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第24卷第1期核电子学与探测技术V ol.24N o.12004年1月N uclear Electron ics&D etection T echnologyJan.2004多路温度信号预处理电路苏弘,马晓莉,李小刚,周波(中国科学院近代物理研究所,甘肃兰州730000)摘要:简要介绍32通道温度信号预处理电路,是为计算机控制温度测控系统研制开发的,是该系统的重要前端电子学线路。它主要用于温度传感器信号的采集与处理。该电路不仅可以用来采集处理热电偶的信号,而且可以用来采集处理热电阻的信号。关键词:多路;温度传感器;信号;处理电路;中图分类号:TN 76 文献标识码:A 文章编号:0258209
2、34(2004)0120054204收稿日期:2002207210作者简介:苏弘(19552),男,甘肃人,中国科学院近代物理天空所副研究员,硕士,从事核技术与核电子学研究。0引言在兰州重离子加速器冷却储存环大科学实验装置上,有些设备运行时的温度是需要进行实时监控的,例如束运管线,在抽真空之前的管线烘烤就是一例。在对束运管线抽真空之前,首先需要对管线进行烘烤,排除在束运管线内表面上附着的水汽,以便抽真空时能够达到预期的超高真空度。在对束运管线加热烘烤时,必须对管线的温度进行实时监控,以便了解温度的变化情况,进而决定是继续加热,还是停止加热。通常,烘烤时束运管线的局部温度可达300左右。为了监测
3、烘烤时,束运管线的温度变化情况,在整个束运线上将设置安装数百上千个测试点,在这些测试点上,采用热电偶作为温度传感器。本文介绍的这个电路正是为采集和处理来自这些热电偶的信号而研制开发的,计算机通过本电路来监测被测点的温度变化情况。我们设计研制的这个电路具有较好的通用性,它不仅可用于采集处理来自热电偶的信号,也可用于采集处理来自热电阻的信号,该电路具有很强的适应性,它不仅可用于绝缘型热电偶,即热电偶与测试点绝缘,通常测试点是在机壳、管道外壁或法兰表面上;也可以用于非绝缘型热电偶,即热电偶与测试点不绝缘。该电路作为一种温度信号采集处理的前端电路,可以广泛地应用于计算机控制的温度监测与控制系统。1预处
4、理电路简介研制开发的这个温度信号预处理电路安装在一个440 mmW405mmD 125mmH的机箱内。该电路有 32 个独立地模拟电压输入通道和一个模拟电压输出通道。输入连线可采用二线制和三线制,通常在传感器为热电偶时采用二线制,而传感器为热电阻时则采用三线制。电路的模拟输出采用32 选 1 多路调制输出方式(即M ulti plex M ode),输出通道选择由计算机进行控制。单机箱条件下测试,多路调制输出为缓冲输出方式,通道选通重复频率100 kH z。该电路可用于处理VmV量级的模拟信号,输出为正极性模拟电压,其动态范围为0 +10V。该电路可实行多机箱级联,最多可级联8个机箱,实现 2
5、56 选 1 输出。该电路的控制指令的长度为8bit,即D7 D0,其中D7 D5 用于45选择机箱,而 D 4 D 0 用于选择输出通道。该电路的输入连接器采用4 线的电话线连接模块。该仪器的后面板装有两个DB 37 型标准连接器:一个作为级联输入(CA SC.IN PUT)连接器,另一个作为级联输出(CA SC.OU T PU T)连接器。该电路备有低噪声直流电源电路,直接采用 220 V A C 电源供电。2预处理电路基本构成预处理电路主要有输入电路、放大电路、多路输出调制电路、参比端(冷端)信号处理电路、基准电压产生电路和手动测试电路等组成,其原理框图如图1 所示。图1多路温度信号预处
6、理电路原理框图3主要单元电路工作原理简介如前所述,预处理电路主要有输入电路、放大电路、多路输出调制电路、参比端信号处理电路等几部分组成,以下简要介绍主要电路部分的构成与工作原理。3.1输入电路输入电路由32个输入单元电路组成,每一输入通道设有一个输入单元电路。输入单元电路是为采集与处理热电阻信号而专门设计的。它是一个采用精密电阻构成的电桥,电桥的三个桥臂上的电阻分别是R1,R2和R3(其中R1=R2=10k8,R3=1008),另一个桥臂上的电阻为热敏电阻Rt。R1、R2分别在桥路的两个上臂,Rt和R3分别在桥路的两个下臂。电桥电路的电压源E=+10V。热敏电阻采用铂热电阻Pt100,其电阻值
7、在0时为R=100.008,这样电桥电路的输出电压为:?V=V+-V-式中,V+=ERtR1+Rt;V-=ER3R2+R3显然V-是一个恒定值,由于R1=10k8 Rt(100 倍),所以V+近似随Rt呈线性变化。在温度为 0时,电桥的输出电压?V=0V。在实际应用中,往往测温对象远离测试电路,也就是说测温对象与电桥分离,此时为了补偿引线带来的导线电阻,我们采用了三线制输入连接方式 1,由于在测温对象一侧,引线较长,故将R3引线也延伸至测温对象一端,与Rt相连形成公共点,然后再从公共点引线回到测试电路的接地端,从而使往复的导线电阻相同,获得了完全的导线电阻的补偿。如前所述,输入单元电路是为采集
8、处理热电阻信号而专门设计的。当用于处理热电偶信号时,输入单元电路被旁路不用。此时则采用二线制输入方式。3.2放大电路放大电路由32 个各自独立的放大单元电路构成。每一个输入通道设有一个放大单元电路。该单元电路采用超低偏置电压Vos,超低偏置电压漂移运算放大器ADO P07 构成。放大单元电路是一个单级同相放大电路 2,其增益为 10、100 两 档,可 通 过 增 益 调 节 跳 线 器Jumper 来进行选择和设置,放大单元的增益积分非线性好于1.1%,长期工作稳定性(连续10h 工作测试)好于 0.18%,各放大单元的增益有较好的一致性。放大单元有单端输入和差分输入两种方式,可通过输入方式
9、选择与设置跳线器来进行选择。各个放大单元电路的输出连接到多路输出调制电路(M ulti plex C ircuit)。55文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2
10、 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q
11、6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M
12、2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:
13、CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10
14、E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8
15、 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M2文档编码:CA3N10E2P1I8 HV2F8I1Q7S2 ZQ10Q6U8V2M23.3多路调制输出电路为了满足后级ADC的需求
16、,并根据现有条件,设计了多路调制输出电路,通过该电路实现 32 选 1 输出方式。根据需要,计算机通过该电路将选择32 个放大单元电路中的任一个放大单元的输出到多路调制输出电路,产生Vout输出到 ADC。多路调制输出电路是采用模拟开关等一些线性和逻辑器件构成的功能电路,实现 32 到 1 多路调制输出功能(M ulti plex func2tion)。多路调制输出电路主要有四部分电路组成,其一是一个32 输入多路调制输出器,它采用 8 片高精度模拟开关AD G512 构成;其二是一个 5232 线译码电路,实现 32 选 1 功能,它主要由 2 片 4216 线译码器74154 和一些逻辑器
17、件组成。5232 线译码电路的译码输出,取决于控制指令低5 位的状态(即D4D0 的状态),译码电路的32 条输出线分别连接到32 个模拟开关的控制端;其三是箱号识别电路,它也是5232 线译码电路的选通信号产生电路。如前所述,本机可以实行多机箱级联,因此,在连接到自动温度监控系统之前,必须给其规定相应的地址,即箱号,以便计算机识别,箱号可以在0 7 之间设定。箱号识别电路采用一个4bit数值比较器和4bit 开关等元件构成,数值比较器的 B0、B 1、B2 分别由开关进行预置,而数值比较器的 A 0、A 1、A 2 分别与控制指令中的D 5、D 6、D 7 位相连接,数值比较器的工作方式设置
18、为:当A=B时产生输出。这样当数值比较器A 0、A 1、A 2 的输入数据与B0、B1、B2 的预置电平相同时,产生输出信号去选通5 32 线译码电路,使之能够产生所需的译码输出;第四部分是输出驱动隔离电路,考虑到多机箱级联时的输出驱动与隔离等问题,在 32 输入多路调制输出器之后设置了一个输出缓冲隔离电路。它是采用ADO P07 构成的跟随器电路。多路调制输出电路有两种输出方式,一个是缓冲输出方式,即通过上述的输出缓冲隔离电路;另一个是直接输出方式。两种方式可通过输出方式选择跳线器来进行选择设置。3.4参比端信号处理电路我们知道,热电偶是由热电极A 和热电极B 组成的,热电极 A 和 B 则
19、是由两种不同成分的导体做成的,热电极 A 与 B 的一端固定在一起形成热电偶,而另一端是自由的,固定在一起的这一端为感温部分称之为测量端,而热电偶的另一端即自由端用于连接显示仪表或采样处理电路称之为参比端或冷端。测量端温度为t,而参比端的温度为t0。由热电偶的作用原理知道,热电偶的热电势EA B的大小,不但与测量端的温度有关,而且与参比端的温度有关,即:EA B(t,t0)=f(t)-f(t0)即热电偶的热电势EAB是t和t0的函数的差 3。使用热电偶时,必须注意热电偶的EA B-T(热电势与温度)关系曲线或其分度表中列出的热电势值都是在参比端为0(即t0=0)时给出的。因此,在实际应用时,如
20、果参比端不是0(即t00),就要进行修正,这就称之为冷端补偿。修正可根据下式进行:EA B(t,0)=EA B(t,t0)+EA B(t0,0)4式中:EA B(t,0)为热电偶的测量端温度为t,参比端为 0时的热电势;EA B(t,t0)为热电偶的测量端温度为t,参比端为t0时的热电势,也就是热电偶通常所实测到的热电势值;EA B(t0,0)为热电偶的参比端温度为t0时所应加的校正值,该值可以从所用热电偶的分度表中查出。根据这个原理,热电偶测量端的实际温度值,即温度的准确值,就是EAB(t,0)所对应的值。因而,在使用热电偶测温时,必须知道参比端的温度。因此,必须随时测定参比端所处的温度,以
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 温度 信号 预处理 电路
限制150内