发表于:2011/7/1 18:58:42
#0楼
TA9-IRR智能温控表的温度信号处理电路(求教)
这是本人测绘一例温度仪表的温度信号处理电路,电路主要由运算放大器RC4558、多路模拟开关CD4050构成,为便于原理分析,将CD4050内部开关“展开”为下图电路。K1~K6的开关状态由单片机MCU输出的二进制信号来控制。现在有部分电路的工作原理不明,特发此文,向各位对传感器、仪表电路比较熟悉的师傅请教。
MCU(单片机)的外围电路,U1、IC1、U4等数字、运放电路,用于处理温度传感器——热电阻RTD采集到的现场温度信号,这个处理过程是在MCU的控制下进行的,与软件控制程序密切相关,信号的处理过程,有软、硬件结合的特点。MCU输出的数字控制(二进制)信号,输入至三二选一(相当于3组单刀双掷开关)开关电路U4(CD4053)的9、10、11脚,对内部3组二选一开关的合、断进行控制,以改变温度检测电路的信号处理和传输方式。将U4内部模块开关电路进一步分解,形成如图6-20所示的温度信号处理电路,以便对工作过程有更为直观的认识。
供电电源的-7.5V电压,经R1、Z1稳压电路,处理为-2.5V的基准电压,用于温度检测电路的参考基准。
U1电路又构成恒流源输出电路:U1信号输入、输出端之间串入了电阻R53,U1输出电流=输入端两信号之差/R53+RTD,在输入基准电压为稳定值时,电路具有恒流源特性,能为RTD提供一个稳定的电流源。在使用RTD时,RTD流过测量电流而产生“自热”,如流过的测量电流不稳定,则会产生随机性误差。温度变化引起了RTD的电阻变化,测量端的输出电压信号也在同步变化,但流经RTD的电流值却能保持恒定,一定程度上提高了测量精度。
换一种角度看,U1接成差动放大器的电路(减法电路)形式,RTD将温度变化引起的电阻值变化,转化为mV线电压信号输入至U1的同相输入端5脚,与反相端输入的基准电压相比较,两信号的差值被输出,温度上升时,输出信号往正的方向变化。R4、R45、C2组成温度补偿电路,消除RTD引线电阻随温度变化带来的测量误差。U1输出端1脚的输出电压信号,经C5、R18、C6、R19、E3组成的低通滤波器,滤除可能存在的高频干扰信号后,将温度检测信号送往后级电路。
1、温度检测信号传输通道:
U4内部3组切换开关接受MCU的信号控制,而处于不同的连接组态。在MCU采集RTD输送的温度信号时,模拟开关(CD4050)K1、K3、K5处于 “通”状态,温度检测信号送先输入电压放大倍数为50的U1同相放大器放大至一定幅度后,再送入N1、N2(RC4558含两级运算放大器)组成对数放大器和迟滞比较器处理,经光耦合器IC1进行光电隔离后送入U6的13脚。
IC1不同于一般的光耦合器件,一般光耦合器仅适用于传递开关量信号,但IC1的信号隔离传输有较好线性,同时也可用于模拟信号的传输。输入温度检测信号电压引起输出侧内部二极管C、E极间的电阻变化,从而在负载电阻R27得到信号电压,输入MCU电路。
2、环境温度检测信号传输通道:
电子电路有“温漂”特性,在一定程度上对温度的检测精度有所影响。因而检测环境温度的变化,对电路的输出值进行随机性修正,就很有必要了。利用用晶体管S9014的发射结电压随温度变化其导通压降产生变化的特性,来检测仪表安装环境的温度变化,取向环境温度检测信号。
当K2、K3、K3接通时,环境温度检测信号也传输至N1、N2电路,经处理后送MCU。
3、-2.5V基准电压检测通道:
温度检测电路,需用到一路基准电压,做为模拟比较的参考。该电路的正常与稳定,影响到信号传输的精度和稳定。当K6闭合时,-2.5V基准电压也经N1、N2电路传输至MCU。
问题是:
1、运算放大器N1为对数放大器,而温度传感器为RTD器件,输出信号是线性的,用对数放大器处理线性模拟电压信号,将线性电压转换为非线性电压,似无必要;
2、N2与外围元件组成迟滞电压比较器电路,3脚输入温度信号与2脚的-1V基准电压相比较(经R2、R6、R7对-2.5V基准电压分压取得),更是将输入模拟信号变成了“开关”信号,道理上好像更说不通了;
3、EL817(图中IC1)虽为线性较好的光耦器件,但传输信号却仍为迟滞电压比较器输出的“开关”信号。MCU引脚功能为RC2/CCP1,显然此处是利用了RC2(数字信号输入功能),似乎更佐证了输入MCU的13脚的确为开关信号,至于IC1采用线性光耦或普通光耦器件,就变得不再重要。
但输入MCU的13脚的,真的是纯粹的开关信号吧?或者其中包含有模拟电压的信息?此处传递的是包含数字信号和模拟信号的“混合信号”?
K1~K6的切换与切换速度,取决于MCU的输出控制信号,如何切换,是出于设计者(软件编程者)的意图,从硬件电路上我们不得而知。如此一来,信号通道所传输的连续的模拟信号,在切换信号作用下,就成为了离散的“开关”信号,但信号幅度,仍含有“模拟量”的信息。
如此一来,也许我们就不能以纯粹模拟电路的眼光和角度,来分析和对待如图1所示的温度检测电路了。N1、N2这部分用于修理前级信号的共用末级电路,该定义为模拟信号电路还是处理开关量信号的电路呢?而最后传输至MCU的信号,是模拟电压信号还是开关量信号抑或是两者的混合信号呢?或者是N1、N2电路在这里起到了模/数转换作用呢?
由于本人才疏学浅,一时不能理清电路的实质性原理和作用,对MCU对输入信号的内部处理,也心中无数,郁闷啊。恳请仪表、传感器坛的师傅们(您们对类似电路历来有精深的认识!)给予解惑为盼!
旷野之雪
2011年7月1日
这是本人测绘一例温度仪表的温度信号处理电路,电路主要由运算放大器RC4558、多路模拟开关CD4050构成,为便于原理分析,将CD4050内部开关“展开”为下图电路。K1~K6的开关状态由单片机MCU输出的二进制信号来控制。现在有部分电路的工作原理不明,特发此文,向各位对传感器、仪表电路比较熟悉的师傅请教。
MCU(单片机)的外围电路,U1、IC1、U4等数字、运放电路,用于处理温度传感器——热电阻RTD采集到的现场温度信号,这个处理过程是在MCU的控制下进行的,与软件控制程序密切相关,信号的处理过程,有软、硬件结合的特点。MCU输出的数字控制(二进制)信号,输入至三二选一(相当于3组单刀双掷开关)开关电路U4(CD4053)的9、10、11脚,对内部3组二选一开关的合、断进行控制,以改变温度检测电路的信号处理和传输方式。将U4内部模块开关电路进一步分解,形成如图6-20所示的温度信号处理电路,以便对工作过程有更为直观的认识。
供电电源的-7.5V电压,经R1、Z1稳压电路,处理为-2.5V的基准电压,用于温度检测电路的参考基准。
U1电路又构成恒流源输出电路:U1信号输入、输出端之间串入了电阻R53,U1输出电流=输入端两信号之差/R53+RTD,在输入基准电压为稳定值时,电路具有恒流源特性,能为RTD提供一个稳定的电流源。在使用RTD时,RTD流过测量电流而产生“自热”,如流过的测量电流不稳定,则会产生随机性误差。温度变化引起了RTD的电阻变化,测量端的输出电压信号也在同步变化,但流经RTD的电流值却能保持恒定,一定程度上提高了测量精度。
换一种角度看,U1接成差动放大器的电路(减法电路)形式,RTD将温度变化引起的电阻值变化,转化为mV线电压信号输入至U1的同相输入端5脚,与反相端输入的基准电压相比较,两信号的差值被输出,温度上升时,输出信号往正的方向变化。R4、R45、C2组成温度补偿电路,消除RTD引线电阻随温度变化带来的测量误差。U1输出端1脚的输出电压信号,经C5、R18、C6、R19、E3组成的低通滤波器,滤除可能存在的高频干扰信号后,将温度检测信号送往后级电路。
1、温度检测信号传输通道:
U4内部3组切换开关接受MCU的信号控制,而处于不同的连接组态。在MCU采集RTD输送的温度信号时,模拟开关(CD4050)K1、K3、K5处于 “通”状态,温度检测信号送先输入电压放大倍数为50的U1同相放大器放大至一定幅度后,再送入N1、N2(RC4558含两级运算放大器)组成对数放大器和迟滞比较器处理,经光耦合器IC1进行光电隔离后送入U6的13脚。
IC1不同于一般的光耦合器件,一般光耦合器仅适用于传递开关量信号,但IC1的信号隔离传输有较好线性,同时也可用于模拟信号的传输。输入温度检测信号电压引起输出侧内部二极管C、E极间的电阻变化,从而在负载电阻R27得到信号电压,输入MCU电路。
2、环境温度检测信号传输通道:
电子电路有“温漂”特性,在一定程度上对温度的检测精度有所影响。因而检测环境温度的变化,对电路的输出值进行随机性修正,就很有必要了。利用用晶体管S9014的发射结电压随温度变化其导通压降产生变化的特性,来检测仪表安装环境的温度变化,取向环境温度检测信号。
当K2、K3、K3接通时,环境温度检测信号也传输至N1、N2电路,经处理后送MCU。
3、-2.5V基准电压检测通道:
温度检测电路,需用到一路基准电压,做为模拟比较的参考。该电路的正常与稳定,影响到信号传输的精度和稳定。当K6闭合时,-2.5V基准电压也经N1、N2电路传输至MCU。
问题是:
1、运算放大器N1为对数放大器,而温度传感器为RTD器件,输出信号是线性的,用对数放大器处理线性模拟电压信号,将线性电压转换为非线性电压,似无必要;
2、N2与外围元件组成迟滞电压比较器电路,3脚输入温度信号与2脚的-1V基准电压相比较(经R2、R6、R7对-2.5V基准电压分压取得),更是将输入模拟信号变成了“开关”信号,道理上好像更说不通了;
3、EL817(图中IC1)虽为线性较好的光耦器件,但传输信号却仍为迟滞电压比较器输出的“开关”信号。MCU引脚功能为RC2/CCP1,显然此处是利用了RC2(数字信号输入功能),似乎更佐证了输入MCU的13脚的确为开关信号,至于IC1采用线性光耦或普通光耦器件,就变得不再重要。
但输入MCU的13脚的,真的是纯粹的开关信号吧?或者其中包含有模拟电压的信息?此处传递的是包含数字信号和模拟信号的“混合信号”?
K1~K6的切换与切换速度,取决于MCU的输出控制信号,如何切换,是出于设计者(软件编程者)的意图,从硬件电路上我们不得而知。如此一来,信号通道所传输的连续的模拟信号,在切换信号作用下,就成为了离散的“开关”信号,但信号幅度,仍含有“模拟量”的信息。
如此一来,也许我们就不能以纯粹模拟电路的眼光和角度,来分析和对待如图1所示的温度检测电路了。N1、N2这部分用于修理前级信号的共用末级电路,该定义为模拟信号电路还是处理开关量信号的电路呢?而最后传输至MCU的信号,是模拟电压信号还是开关量信号抑或是两者的混合信号呢?或者是N1、N2电路在这里起到了模/数转换作用呢?
由于本人才疏学浅,一时不能理清电路的实质性原理和作用,对MCU对输入信号的内部处理,也心中无数,郁闷啊。恳请仪表、传感器坛的师傅们(您们对类似电路历来有精深的认识!)给予解惑为盼!
旷野之雪
2011年7月1日
咸庆信变频器维修专题博客:http://blog.gkong.com/blog.asp?name=xq%30%39%31%38%31
【博客文章全为原创,多为维修笔记,旨在技术交流,互相提高。以变频维修及其它工控类文章为主,间或放进些诗歌散文,以起到阅读中的调适作用,也是原创。欢迎转载,欢迎留言探讨有关工控的技术问题!欢迎赐教与指正!转载最好注明文章出处标以转载字样,以期规范转载行为。所有文章大家随便看,不搞什么须登陆,须回复才能打开的设置!这是我的公告。--旷野之雪】
《精选工业电器电路原理图析与实用检修》、《变频器实用电路图集与原理图说》、《变频器电路维修与故障实例分析》、《PLC技术与应用——专业技能入门与精通》已经出版。
【博客文章全为原创,多为维修笔记,旨在技术交流,互相提高。以变频维修及其它工控类文章为主,间或放进些诗歌散文,以起到阅读中的调适作用,也是原创。欢迎转载,欢迎留言探讨有关工控的技术问题!欢迎赐教与指正!转载最好注明文章出处标以转载字样,以期规范转载行为。所有文章大家随便看,不搞什么须登陆,须回复才能打开的设置!这是我的公告。--旷野之雪】
《精选工业电器电路原理图析与实用检修》、《变频器实用电路图集与原理图说》、《变频器电路维修与故障实例分析》、《PLC技术与应用——专业技能入门与精通》已经出版。