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(shè)計了一種高可靠性的隔離溫度采集電路。電路的設(shè)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(jìn)行后級電路保護(hù)，隔離運放后級再通過OPA2227運算放大器進(jìn)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(jìn)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(jìn)行檢測，當(dāng)然如果這個物體處于高電壓、強磁場中，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(jìn)行運算。

2 溫度采集電路硬件設(shè)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(jìn)行耦合。

2.2 模擬采集硬件電路設(shè)計

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，將電阻信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，之后通過隔離運放進(jìn)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(jìn)行調(diào)零和放大。假設(shè)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(yīng)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(yīng)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(jìn)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(shè)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(hù)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(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。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫毅剛.基于LabVIEW的多通道溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)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(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。