通道热电偶输入板卡的测量与断线检测电路设计

2023-11-22 理论教育版权反馈

【摘要】：8通道热电偶测量与断线检测电路如图11-26所示。电路中选用图11-26 8通道热电偶测量与断线检测电路了PhotoMOS继电器AQW214用于通道的选择，其中2、4引脚接到ARM微控制器的两个GPIO引脚，通过软件编程来实现通道的选通。当PC10为低时，AQW214的7、8通道选通，此时用来检测器件TLC393能否正常工作。

8通道热电偶测量与断线检测电路如图11-26所示。

1.8通道热电偶测量电路设计

如图11-26所示，在该板卡的设计中，A-D转换器的第一路用于测量选通的某一通道热电偶信号，A-D转换器的第二、三路用作热电偶信号冷端补偿的测量，A-D转换器的第四路用作AOUT-的测量。

2.断线检测及器件检测电路设计

为提高板卡运行的可靠性，设计了对输入信号的断线检测电路，如图11-26所示。同时设计了对该电路中所用比较器件TLC393是否处于正常工作状态检测的电路。电路中选用

图11-26 8通道热电偶测量与断线检测电路

了PhotoMOS继电器AQW214用于通道的选择，其中2、4引脚接到ARM微控制器的两个GPIO引脚，通过软件编程来实现通道的选通。当跳线PC10为低时，AQW214的7、8通道选通，用来检测器件TLC393能否正常工作；当PC11为低时，AQW214的5、6通道选通，此时PC10为高，AQW214的7、8通道不通，用来检测是否断线。图11-26中AOUT＋、AOUT-为已选择的某一通道热电偶输入信号，其中AOUT-经三个二极管接地，大约为2V。经过比较器TLC393的输出电平信号，先经过光耦合器TLP521，再经过反相器74HC14整形后接到ARM微控制器的一个GPIO引脚PC3，通过该引脚值的改变并结合引脚PC11、PC10的设置就可实现检测断线和器件TLC393能否正常工作的目的。通过软件编程，当检测到断线或器件TLC393不能正常工作时，点亮红色LED灯报警，可以更加及时准确地发现问题，进而提高了板卡的可靠性。

下面介绍断线检测电路的工作原理。

当PC10为低时，AQW214的7、8通道选通，此时用来检测器件TLC393能否正常工作。设二极管两端压差为u，则AOUT-为3u，VD₁上端的电压为4u。

U＋＞U-则输出OUT为高电平，说明TLC393能够正常工作；反之，若TLC393的输出OUT为低电平，说明TLC393无法正常工作。

当PC11为低时，AQW214的5、6通道选通，此时PC10为高，AQW214的7、8通道不通，用来检测是否断线。

1）若未断线，即AOUT＋、AOUT-形成回路，由于其间电阻很小，可以忽略不计。则

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U＋＞U-则输出OUT为高电平。

2）若断线，即AOUT＋、AOUT-没有形成回路，则

U＋＜U-则输出OUT为低电平。

3.热电偶冷端补偿电路设计

热电偶在使用过程中的一个重要问题，是如何解决冷端温度补偿，因为热电偶的输出热电动势不仅与工作端的温度有关，而且也与冷端的温度有关。热电偶两端输出的热电动势对应的温度值只是相对于冷端的一个相对温度值，而冷端的温度又常常不是零度。因此，该温度值已叠加了一个冷端温度。为了直接得到一个与被测对象温度（热端温度）对应的热电动势，需要进行冷端补偿。

本设计采用负温度系数热敏电阻进行冷端补偿。具体电路设计如图11-26所示。

VD₆为2.5V电压基准源TL431，热敏电阻R_T和精密电阻R₁₆电压和为2.5V，利用ADS1213的第3通道采集电阻R₁₆两端的电压，经ARM微控制器查表计算出冷端温度。

3.冷端补偿算法

在8通道热电偶输入板卡的冷端补偿电路设计中，热敏电阻的电阻值随着温度升高而降低。因此与它串联的精密电阻两端的电压值随着温度升高而升高，所以根据热敏电阻温度特性表，可以做一个精密电阻两端电压与冷端温度的分度表。此表以5度为间隔，mV为单位，这样就可以根据精密电阻两端的电压值，查表求得冷端温度值。

精密电阻两端电压计算公式为