专利名称：一种基于线性光耦的温度测量电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于线性光耦的温度测量电路。
背景技术：
钼电阻温度 传感器PT100是一种广泛应用的测温元件，是利用其电阻值和温度成一定函数关系而制成的温度传感器，它能把非电量温度的变化转化为阻抗的变化进行测量，是一种绝对温度测量。该电路的输入为PTioo的阻抗变化，输出电压信号。处理器根据阻抗与电压的函数关系，求出阻抗，再根据PTioo中阻抗与温度的关系从而间接的计算出温度。该测温电路在-50°C -600°C范围内具有其他电路无可比拟的优势高精度、稳定性好、抗干扰能力强。传统的钼电阻温度传感器PT100的接线方式分为两线制和三线制两种方式。两线制传感器电阻变化值与连接导线电阻值共同构成传感器的输出值，由于导线电阻带来的附加误差使实际测量值偏高，用于测量精度要求不高的场合；三线制接法的优点是将PTlOO的两侧相等的导线长度分别加在两侧桥臂上，使得导线电阻得以消除。工业上一般都采用三线制接法。虽然三线制PTlOO在工业中测温领域应用广泛，仍有许多问题有待解决参考基准电源精度不高，不够稳定，测量精度底，抗干扰能力差，模拟电路和数字电路的隔离问题等。特别是多路测量时，多路的测温电路电源共用，输入信号之间互相干扰，测量精度差。
实用新型内容本实用新型的目的是研究设计一种新型的多路PT100测温电路，从而解决以往多路测温电路互相干扰，测量精度差的稳定。为实现上述目的，本实用新型的方案是一种基于线性光耦的温度测量电路，包括至少一路测温通道，每个测温通道包括一个测量电桥、一个基准电压发生电路、一个隔离电源电路、一个运算放大电路和一个线性光耦模块；每个测量电桥均包括构成该测量电桥一个桥臂电阻的一个测温电阻，测量电桥的电压输入端连接对应的基准电压发生电路，测量电桥的输出通过对应的运算放大电路连接对应的线性光耦模块，线性光耦模块的输出端为对应测温通道的输出端；所述各测温通道的隔离电源电路与对应通道的运算放大电路和线性光耦模块供电连接。所述测量电桥的左上桥臂与右上桥臂的电阻相同，右下桥臂的电阻为基准电阻，左下桥臂为所述侧温电阻。所述测温电阻为钼电阻温度传感器PT100。所述线性光耦模块为HCNR201线性光耦。本实用新型采用了三线桥式测温电路，该电路靠近PT100，PT100通过等长导线接入桥臂，使得导线电阻得以消除，基准电压产生电路为电桥提供高精度电压源，当PTlOO的阻抗发生变化时，电桥平衡被打破，输出毫伏级电压，通过一个负反馈比例运算电路，调整相应的阻值，将毫伏级电压转换为期望值，该电压通过线性隔离后输出给处理器进行运算处理。电路隔离部分分为电源之间的隔离和输入与输出之间的隔离。每个测温通道都需要自己独立的隔离电源，隔离电源分别为电路的输入和输出部分提供电源；线性光耦不仅能使输入和输出部分隔离，更能精确地传送模拟信号。该实用新型测温电路简化了温度采集系统的设计，电源隔离以及线性光隔的应用消除了各个采集通道及各通道输入与输出之间的相互干扰，提高了系统的可靠性与稳定性。该实用型设计能广泛应用在工业测温领域，使用非常方便。
图I为一个测温通道的原理框图；图2为单通道测温原理图；图3是本实用新型的电路框图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。如图3所示为本实用新型的多路测温电路，包括至少一路测温通道，每个测温通道包括一个测量电桥、一个基准电压发生电路、一个隔离电源电路、一个运算放大电路和一个线性光耦模块。单通道电路如图I、图2所示，各部分具体结构如下隔离电源电路多路测温电路之间是完全隔离的以及为了防止各路的输入信号干扰到输出，所以各路测量电路的电源都应分开，每路测温回路都有单独的DC-DC隔离电源电路，隔离电源电路是将5V电源转换为多路相互隔离的±15V(+15V、GND1、-15V)。15V电源是给运放放大电路、线性光耦输入电路、线性光耦反馈电路供电；5V电源给线性光耦输出电路供电。以其中一个测温通道为例，隔离电源电路由隔离电源模块U4组成，U4管脚的I和管脚2作为输入管脚，分别接系统电源的+5V和GND，输出管脚5，6，7分别输出-15V、GNDl、+15V。电容C9，ClO并联后一端接U4的5管脚，另一端接U4的6管脚；电容Cl，C12并联后一端接U4的7管脚，另一端接U4的6管脚，电容主要起到去耦滤波作用。隔离电源的型号为E0515S-1W。基准电压发生电路该电路的Vl+接隔离电源U4的7管脚(+15V)，GNDl接U4的6管脚。Rl的一端接VI+，另一端接三端可编程并联稳压二极管Tl的阴极(管脚3)。电阻R2与R3为基准电压电路的调压电阻，R2与R3串联后的一端接Tl的阳极(管脚2)，该管脚与GNDl相连，另一端接Tl的阴极，Tl的参考管脚I与R2和R3的连接点相连。当隔离电源通电时，Tl的阴极与GNDl之间便产生了一个4. 098V的基准电压，该电压做为电桥的正电源。三端可编程并联稳压二极管Tl的型号为TL431。三线制桥式测量电路，即测量电桥该电路中，采用R4，R5，R6以及PT100钼电阻R构成测量电桥的桥臂电阻，其中R4=R5，R6为精密电阻100。PT100共有三根导线，其中一根导线接到电桥的电源端GND1，两外两根分别接PT_PIN1和PT_PIN2。当PT100钼电阻R不等于R6时，电桥不平衡，将输出一个毫伏级的压差信号，该电压信号经过由运放Ul以及电阻R7，R8，R9和RlO组成负反馈比例运算电路，Ul的6管脚输出为期望的得到的电压信号，为了防止Ul的输出电压过大，Ul的6管脚和GNDl之间加了一个稳压管WY1。该电路中R7=R8，R9=R10,电压放大倍数为R9/R7，合理调整R4，R5能改变电桥输出电压的大小，调整R7，R9能改变负反馈电路的放大倍数。运放Ul为双电源供电，其管脚7与管脚4分别接Vl+和VI-。电容Cl的两管脚分别接Vl+和GND1，电容C2的两管脚分别接V-和GND1。运放Ul的型号为0P27GP。线性光耦隔离电路，即线性光耦模块为了系统的抗干扰和可靠性，在工业测量和控制系统中，必须将测量系统和计算机系统进行电气隔离，对于数字信号的隔离，使用一般的光耦器件隔离就能达到很好的效果，但对于模拟信号的传输其精度和线性度难以满足系统要求。为了能更精确地传送模拟信号，本实用新型使用线性光耦OPlB进行线性传输和隔离。线性光耦的3，4管脚跨接在运放U2的2，3管脚之间。电阻Rll的一端接Ul的输出管脚6，另一端接OPl的3管脚，OPlB的4管脚接GNDI。当U2的输入端2，3管脚有电压时，U2的管脚6输出反向饱和电压，电阻R12的一端接U2的管脚6，另一端接OPlA的I管脚，OPl的2管脚接GNDl，此时OPlA导通。二极管Dl和C4并联后跨接与U2的2，6管脚之间。电容C5跨接与U2的7管脚和GNDl之间，电容C6跨接与U2的4管脚和GNDl之间，电容C5， C6起到为运放U2的正负电源去耦滤波作用。OPlC的6，5管脚跨接与运放U3的2，3管脚，电阻R13跨接与U3的2，6管脚，其中6管脚为输出管脚，接A0UT1，该输出即为最终的处理器需要处理的模拟电压信号。电容CS跨接与U3管脚7和GND之间，起到去耦滤波作用。运放U2的型号为0P27GP，运放U3的型号为0PA365，该运放采用单电源5V供电，线性光耦的型号为HCNR201。使用时，各路的隔离电源E0515S_1W(U4)管脚的I和管脚2作为输入管脚，分别接系统电源的+5V和GND，输出管脚5，6，7分别输出-15V、GNDU +15V,是给运放放大电路、线性光耦输入电路、线性光耦反馈电路的运放Ul，U2，U3以及基准电压产生电路供电。电容C1，C12并联后一端接U4的7管脚，另一端接U4的6管脚，电容主要起到去耦滤波作用。基准电压发生电路的Vl+接隔离电源U4的7管脚(+15V)，GNDl接U4的6管脚。Rl的一端接VI+，另一端接三端可编程并联稳压二极管Tl的阴极(管脚3)。电阻R2与R3为基准电压电路的调压电阻，R2与R3串联后的一端接Tl的阳极(管脚2)，该管脚与GNDl相连，另一端接Tl的阴极，Tl的参考管脚I与R2和R3的连接点相连。当隔离电源通电时，Tl的阴极与GNDl之间便产生了一个4. 098V的基准电压，该电压做为电桥的正电源。三线制桥式测量电路中，采用R4，R5，R6以及PT100钼电阻R构成测量电桥的桥臂电阻，其中R4=R5，R6为精密电阻100。PT100共有三根导线，其中一根导线接到电桥的电源端GND1，两外两根分别接PT_PIN1和PT_PIN2。当PT100钼电阻R不等于R6时，电桥不平衡，将输出一个毫伏级的压差信号，该电压信号经过由运放Ul以及电阻R7，R8，R9和RlO组成负反馈比例运算电路，Ul的6管脚输出为期望的得到的电压信号，为了防止Ul的输出电压过大，Ul的6管脚和GNDl之间加了一个稳压管WY1。该电路中R7=R8，R9=R10,电压放大倍数为R9/R7，合理调整R4，R5能改变电桥输出电压的大小，调整R7，R9能改变负反馈电路的放大倍数。运放Ul为双电源供电，其管脚7与管脚4分别接Vl+和VI-。电容Cl的两管脚分别接Vl+和GNDI,电容C2的两管脚分别接V-和GNDl。随着PT100温度传感器的阻抗的变化，电桥的输出经过负反馈放大电路线性的放大后，电压信号是不能直接送到处理器处理的，为了保证系统的抗干扰和可靠性，Ul输出的电压信号必须要经过隔离后才能送到处理器进行AD转换，线性光耦隔离电路不但能实现输入和输出之间电气上的隔离，其输出必须线性的反映出输入。在设计中，线性光耦的3，4管脚跨接在运放U2的2，3管脚之间。电阻Rll的一端接Ul的输出管脚6，另一端接OPlB的3管脚，OPlB的4管脚接GNDl。二极管Dl和C4并联后跨接与U2的2，6管脚之间。电容C5跨接与U2的7管脚和GNDl之间，电容C6跨接与U2的4管脚和GNDl之间，电容C5，C6起到为运放U2的正负电源去耦滤波作用。当U2的输入端2，3管脚有电压时，U2的管脚6输出反向饱和电压，电阻R12的一端接U2的管脚6，另一端接OPlA的I管脚，OPlA的2管脚接GND1，此时OPlA内部的高性能发光二极管OPlA导通，OPlA发出的光被线性光耦内部二极管OPlB探测到并产生光电流II，该电流值仅取决于Ul的输出电压和和电阻Rll的值；又因OPlA发出的光也同时照射在线性光耦内部二极管OPlC上，令OPl的6，5管脚跨接 与运放U3的2，3管脚，电阻町3跨接与仍的2，6管脚，在线性光耦内部，OPlB和OPlC完全相同，理想情况下Il应该等于12，电流12的值取决于输出电压AOUTl和电阻R13的值，因此适当调节R13与Rll的比值，也就线性的调节了输出电压和输入电压之间的比例关系。输出电压AOUTl即为最终的处理器需要处理的模拟电压信号。
权利要求1.一种基于线性光耦的温度测量电路，其特征在于，包括至少一路测温通道，每个测温通道包括一个测量电桥、一个基准电压发生电路、一个隔离电源电路、一个运算放大电路和一个线性光耦模块；每个测量电桥均包括构成该测量电桥一个桥臂电阻的一个测温电阻，测量电桥的电压输入端连接对应的基准电压发生电路，测量电桥的输出通过对应的运算放大电路连接对应的线性光耦模块，线性光耦模块的输出端为对应测温通道的输出端；所述各测温通道的隔离电源电路与对应通道的运算放大电路和线性光耦模块供电连接。
2.根据权利要求I所述的一种基于线性光耦的温度测量电路，其特征在于，所述测量电桥的左上桥臂与右上桥臂的电阻相同，右下桥臂的电阻为基准电阻，左下桥臂为所述侧温电阻。
3.根据权利要求2所述的一种基于线性光耦的温度测量电路，其特征在于，所述测温电阻为钼电阻温度传感器PTioo。
4.根据权利要求I或2所述的一种基于线性光耦的温度测量电路，其特征在于，所述线性光耦模块为HCNR201线性光耦。
专利摘要本实用新型涉及一种基于线性光耦的温度测量电路，包括至少一路测温通道，每个测温通道包括一个测量电桥、一个基准电压发生电路、一个隔离电源电路、一个运算放大电路和一个线性光耦模块。本实用新型采用了三线桥式测温电路，该电路靠近PT100，PT100通过等长导线接入桥臂，使得导线电阻得以消除，基准电压产生电路为电桥提供高精度电压源，当PT100的阻抗发生变化时，电桥平衡被打破，输出毫伏级电压，通过一个负反馈比例运算电路，调整相应的阻值，将毫伏级电压转换为期望值，该电压通过线性隔离后输出给处理器进行运算处理。该实用型设计能广泛应用在工业测温领域，使用非常方便。
文档编号G01K7/18GK202648825SQ201220242429
公开日2013年1月2日 申请日期2012年5月25日 优先权日2012年5月25日
发明者郭震, 王彩凤, 李麒, 宋一丁, 马国红, 金全仁, 王振华, 周俊华, 高传发, 王全海, 孙莹莹 申请人:许继集团有限公司, 许继电气股份有限公司, 许昌许继软件技术有限公司