CN215677333U - 高精度热电偶温度采集电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及信号处理领域，尤其涉及一种高精度热电偶温度采集电路，包括防护电路、冷端补偿电路、分压跟随电路和滤波电路；防护电路的输入端连接于热电偶输出端用于静电防护和断线检测，防护电路的输出端连接于冷端补偿电路的输入端，冷端补偿电路的冷端参考节点连接于温度传感器用于冷端温度补偿，冷端补偿电路的输出端连接于分压跟随电路的输入端，分压跟随电路的输出端连接于滤波电路的输入端，滤波电路的输出端用于输出采集信号；防护电路包括依次连接的RF滤波电路、瞬态电压抑制二极管和断线检测电路。本实用新型抗干扰效果好，提高温度测量精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及信号处理领域，尤其涉及一种高精度热电偶温度采集电路。
背景技术
在工业测量领域，热电偶温度测量得到了广泛应用，在温度采集时，要求温度测量具有较高的测量精度和稳定性；由于工业环境复杂，热电偶信号输入通道容易耦合电磁干扰信号，且线路噪声较大，致使热电偶温度检测精度低。
发明内容
本实用新型的目的是为了提供一种高精度热电偶温度采集电路，抗干扰效果好，提高温度测量精度。
为解决以上技术问题，本实用新型的技术方案为：高精度热电偶温度采集电路，包括防护电路、冷端补偿电路、分压跟随电路和滤波电路；防护电路的输入端连接于热电偶输出端用于静电防护和断线检测，防护电路的输出端连接于冷端补偿电路的输入端，冷端补偿电路的冷端参考节点连接于温度传感器用于冷端温度补偿，冷端补偿电路的输出端连接于分压跟随电路的输入端，分压跟随电路的输出端连接于滤波电路的输入端，滤波电路的输出端用于输出采集信号；防护电路包括依次连接的RF滤波电路、瞬态电压抑制二极管和断线检测电路。
按以上方案，RF滤波电路，包括分别设于热电偶两路输出端的第一RC滤波器、第二RC滤波器和滤波电容C3；第一RC滤波器包括电阻R1和电容C1，第二RC滤波器包括电阻R2和电容C2，电阻R1的一端连接于热电偶一路输出端，另一端连接电容C1后接地；电阻R2的一端连接于热电偶另一路输出端，电阻R2另一端连接电容C2后接地；滤波电容C3一端连接于电阻R1和电容C1的中间接点，滤波电容C3另一端连接于电阻R2和电容C2的中间接点。
按以上方案，瞬态电压抑制二极管的输入端连接于滤波电容C3的两端，瞬态电压抑制二极管的输出端接地；瞬态电压抑制二极管型号为PESDICAN。
按以上方案，断线检测电路，包括上拉电阻R3和下拉电阻R4，上拉电阻R3一端连接于热电偶第一路输出端，另一端连接于电源正极；下拉电阻R4一端连接于热电偶第二路输出端，另一端连接于电源负极。
按以上方案，冷端补偿电路采用的是AD8495芯片。
按以上方案，分压跟随电路，包括分压电阻R7、分压电阻R8和运算放大器U2，分压电阻R7一端连接于冷端补偿电路输出端，分压电阻R7另一端连接分压电阻R8后接地，运算放大器U2的同向输入端连接于分压电阻R7和分压电阻R8的中间节点，运算放大器U2反向输入端连接于运算放大器U2输出端，运算放大器U2的正电源端外接电源电压，负电源端接地。
按以上方案，滤波电路为二阶压控低通滤波器。
本实用新型具有如下有益效果：
本实用新型通过防护电路用于静电防护和断线检测，通过冷端补偿电路进行冷端温度补偿及降低冷端补偿误差，通过分压跟随电路满足后端AD采样的要求及消除前后端电路的相互干扰，通过滤波电路来消除线路串扰噪声；本实用新型可应用于复杂工业环境的高精度热电偶温度测量电路，检测精度高，抗干扰能力强。
附图说明
图1为本实用新型实施例结构框图；
图2为本实用新型实施例电路原理示意图。
附图标记：1、防护电路；2、冷端补偿电路；3、分压跟随电路；4、滤波电路。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
请参考图1和图2，本实用新型为一种高精度热电偶采集电路，其包括防护电路1、冷端补偿电路2、分压跟随电路3和滤波电路4；
防护电路1的输入端连接于热电偶输出端用于静电防护和断线检测，防护电路1的输出端连接于冷端补偿电路2的输入端，冷端补偿电路2的冷端参考节点连接于另设的冷端温度传感器用于冷端温度补偿，冷端补偿电路2的输出端连接于分压跟随电路的输入端，分压跟随电路3的输出端连接于滤波电路4的输入端，滤波电路4的输出端用于输出采集信号至另设的控制器进行热电偶温度测量。
参阅图2，防护电路1包括依次连接的RF滤波电路、瞬态电压抑制二极管和断线检测电路；
在工业现场复杂环境下，热电偶信号输入通道容易耦合电磁干扰信号，会引入很多高频噪声，高频噪声会输导致PGA内部直流失调，引起信号放大误差，表现为温度信号的波动；为了减少或消除这些误差，在输入通道前端增加如图2所示的RF滤波电路，来满足电磁兼容性要求，适应于工业测温要求。
RF滤波电路包括分别设于热电偶两路输出端的第一RC滤波器、第二RC滤波器和滤波电容C3；第一RC滤波器包括电阻R1和电容C1，第二RC滤波器包括电阻R2和电容C2，电阻R1的一端连接于热电偶一路输出端，另一端连接电容C1后接地；电阻R2的一端连接于热电偶另一路输出端，电阻R2另一端连接电容C2后接地；滤波电容C3一端连接于电阻R1和电容C1的中间接点，滤波电容C3另一端连接于电阻R2和电容C2的中间接点；
同时为了消除复杂工业环境下静电和浪涌的干扰，输入通道还增加了瞬态电压抑制二极管即TVS管；瞬态电压抑制二极管的输入端连接于滤波电容C3的两端，瞬态电压抑制二极管的输出端接地；本实施例中，选择TVS型号为PESDICAN，它能显著提高***的静电、浪涌抗干扰能力。
为了方便故障排查，通过断线检测电路来解决温度采集电路的断线检测功能。断线检测电路包括上拉电阻R3和下拉电阻R4，上拉电阻R3一端连接于热电偶第一路输出端，另一端连接于电源正极；下拉电阻R4一端连接于热电偶另一路输出端，另一端连接于电源负极。如图2所示热电偶信号通道通过两个10 M电阻分别上拉或下拉到电源的正极和负极，当热电偶发生断线故障时，后端另设的控制器的输入电压为3. 3 V，远超热电偶信号范围，从而可以实现断线检测。
冷端补偿电路2包括仪表放大器U1，仪表放大器U1采用的是AD8495芯片，AD8495是一款集成K型热电偶参考冷端结点温度补偿的精密仪表放大器，其内部集成了用于连接冷端温度传感器的参考点来进行冷端温度补偿；通过内部集成的三运放仪表放大器提供了一个122.4倍的固定增益来放大热电偶的微小信号。仪表放大器的高共模抑制比极大地降低热电偶引线以及其他原因可能引人的共模噪声。本实施例中，冷端温度传感器采用的是DS18B20。
分压跟随电路3包括分压电阻R7、分压电阻R8和运算放大器U2，分压电阻R7一端连接于冷端补偿电路输出端，分压电阻R7另一端连接分压电阻R8后接地，运算放大器U2的同向输入端连接于分压电阻R7和分压电阻R8的中间节点，运算放大器U2反向输入端连接于运算放大器U2输出端，运算放大器U2的正电源端外接电源电压，负电源端接地。本实施例中，运算放大器U2采用的是AD8608。
热电偶的温度信号经冷端补偿电路AD8495补偿后的电压不满足后端单片机AD采样的输人电压要求，经分压电路满足后端AD采样的要求；分压后，经过跟随电路，跟随电路具有高输人阻抗和低输出阻抗的特点，可消除前后端电路的相互干扰。
滤波电路4为二阶压控低通滤波器，包括电阻R9、R10、 R11、R12、电容C1、C2和运算放大器U3；电阻R9一端连接于运算放大器U2输出端，电阻R9另一端连接电阻R10后连接于运算放大器U3同向输入端，运算放大器U3同向输入端还连接电容C4后接地，电阻R9和R10中间节点连接电容C3后连接于运算放大器U3输出端；运算放大器U3输出端串联电阻R12和R11后接地，运算放大器U3反向输入端连接于电阻R12和R11的中间节点。R9、C3及R10、C4分别构成两个一阶低通滤波器，但C3接运算放大器U3输出端，引入电压正反馈，形成压控滤波器。
热电偶温度信号和大多温度信号相同，响应时间较长，由于信号改变缓慢，所以必须进行滤波来消除线路串扰噪声，在冷端补偿之后，设置滤波电路来消除线路串扰噪声，并对信号进行放大，使满量程时的电压范围接近ADC的参考电压，以提高模数转换的精度。
本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或采用现有技术加以实现。
以上内容是结合具体的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
Claims (7)
1.高精度热电偶温度采集电路，其特征在于：包括防护电路、冷端补偿电路、分压跟随电路和滤波电路；
防护电路的输入端连接于热电偶输出端用于静电防护和断线检测，防护电路的输出端连接于冷端补偿电路的输入端，冷端补偿电路的冷端参考节点连接于温度传感器用于冷端温度补偿，冷端补偿电路的输出端连接于分压跟随电路的输入端，分压跟随电路的输出端连接于滤波电路的输入端，滤波电路的输出端用于输出采集信号；
防护电路包括依次连接的RF滤波电路、瞬态电压抑制二极管和断线检测电路。
2.根据权利要求1所述的高精度热电偶温度采集电路，其特征在于：RF滤波电路，包括分别设于热电偶两路输出端的第一RC滤波器、第二RC滤波器和滤波电容C3；第一RC滤波器包括电阻R1和电容C1，第二RC滤波器包括电阻R2和电容C2，电阻R1的一端连接于热电偶一路输出端，另一端连接电容C1后接地；电阻R2的一端连接于热电偶另一路输出端，电阻R2另一端连接电容C2后接地；滤波电容C3一端连接于电阻R1和电容C1的中间接点，滤波电容C3另一端连接于电阻R2和电容C2的中间接点。
3.根据权利要求2所述的高精度热电偶温度采集电路，其特征在于：瞬态电压抑制二极管的输入端连接于滤波电容C3的两端，瞬态电压抑制二极管的输出端接地；瞬态电压抑制二极管型号为PESDICAN。
4.根据权利要求1所述的高精度热电偶温度采集电路，其特征在于：断线检测电路，包括上拉电阻R3和下拉电阻R4，上拉电阻R3一端连接于热电偶第一路输出端，另一端连接于电源正极；下拉电阻R4一端连接于热电偶第二路输出端，另一端连接于电源负极。
5.根据权利要求1所述的高精度热电偶温度采集电路，其特征在于：冷端补偿电路采用的是AD8495芯片。
6.根据权利要求1所述的高精度热电偶温度采集电路，其特征在于：分压跟随电路，包括分压电阻R7、分压电阻R8和运算放大器U2，分压电阻R7一端连接于冷端补偿电路输出端，分压电阻R7另一端连接分压电阻R8后接地，运算放大器U2的同向输入端连接于分压电阻R7和分压电阻R8的中间节点，运算放大器U2反向输入端连接于运算放大器U2输出端，运算放大器U2的正电源端外接电源电压，负电源端接地。
7.根据权利要求1所述的高精度热电偶温度采集电路，其特征在于：滤波电路为二阶压控低通滤波器。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115452185A (zh) * | 2022-08-31 | 2022-12-09 | 中国第一汽车股份有限公司 | 温度检测电路及具有其的温度检测设备 |
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2021
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