一种采用线性光耦实现温度隔离测量的方法

光耦HCNR201原理及在pt100电路中的应用一、概述以avago公司的hcnr201线性光耦为例说明线性光耦的内部原理及隔离电路的原理。

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。

然而一般的光耦具有较大的非线性电流传输特性且受温度变化的影响较大，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，用线性光耦隔离是最好的选择。

线性光耦输出信号随输入信号变化而成比例变化，它为模拟信号传输中隔离电路的简单化、高精度化带来了方便。

在工业测量和控制系统中，为防止外界的各种干扰，必须将测量系统和计算机系统进行电气隔离。

常用的隔离措施有变压器隔离、电容耦合隔离和光耦隔离。

与变压器隔离、电容耦合隔离相比，光耦体积小，价格便宜，隔离电路简单且可以完全消除前后级的相互干扰，具有更强的抗干扰能力。

二、hcnr201线性光耦隔离原理线性光耦hcnr201内部结构原理如图1所示。

hcnr201由一个高性能发光二极管led和两个相邻匹配的光敏二极管pd1和pd2组成，这两个光敏二极管有完全相同的性能参数。

led是隔离信号的输入端，当有电流流过时就会发光，两个光敏二极管在有光照射时就会产生光电流，hcnr201的内部封装结构使得pd1和pd2都能从led得到近似光照，且感应出正比于led发光强度的光电流。

光敏二极管pd1起负反馈作用用于消除led的非线性和偏差特性带来的误差，改善输入与输出电路间的线性和温度特性，稳定电路性能。

光敏二极管pd2是线性光耦的输出端，接收由led发出的光线而产生与光强成正比的输出电流，达到输入及输出电路间电流隔离的作用。

正是hcnr201内部的封装结构、pd1与pd2的严格比例关系及pd1负反馈的作用保证了线性光耦的高稳定性和高线性度。

图1线性光耦hcnr201内部结构三、线性光耦hcnr201隔离电路1.工作原理hcnr201的led、pd1及运放a1等组成隔离电路的输入部分，pd2及运放a2等组成隔离电路的输出部分。

技术创新《微计算机信息》2012年第28卷第10期120元/年邮局订阅号：82-946《现场总线技术应用200例》嵌入式与SOC基于铂电阻PT100的隔离测温仪设计A design of isolated thermoscope based on platinum resistance(许继集团有限公司)马国红金雷MA Guo-hong JIN Lei摘要:介绍了一种基于铂电阻PT100的隔离测温仪的实现方案。

采用三线制恒压源驱动铂电阻PT100,使不同的电阻阻值在运放的两个输入端产生不同电压差,经运放放大后输入线性光耦,隔离后的信号经AD 转换为数字信号,送给CPU 进行处理。

本系统精度高、性能稳定,适合工业领域对精度要求高、测试条件恶劣的温度测量。

关键词:PT100;铂电阻;线性光耦;线性隔离中图分类号:TM764.1文献标识码:BAbstract:A new implemented scheme on PT100isolated thermoscope is introduced.Platinum resistance PT100is drived by constant voltage source of three wire system,different resistance value produce different voltage on two input terminal of operational amplifier,the out of value is inputed into linear optocoupler,then is converted into digital signal,the digital signal is processed by CPU.The design,characteristic of its high temperature precision and performance stability,is fit for situations requiring high temperature preci -sion and extremely hard conditions.Keywords:PT100;Virtual instrument;linear optocoupler;linear isolate文章编号:1008-0570(2012)10-0216-021引言温度测量在工业控制、电力、采矿、化工、医疗等现代化建设中各个领域得到广泛应用,但是在有些特殊领域不仅要求测量精度高,而且测试环境非常恶劣,常规的温度感应元件会失效或会大大降低使用寿命,常规的测试仪因为没有实现温度采集单元与数据处理显示单元的隔离而频遭损坏、电击等,如变压器测量中不仅测量变压器环境温度,还要求测量油箱中底层油温和顶层油温。

光耦隔离电阻测试方法
光耦隔离电阻的测试方法主要包括以下步骤：
1. 断开输入端电源，用万用表的R×1k档测1、2脚电阻，正向电阻为几百欧，反向电阻几十千欧。

3、4脚间电阻应为无限大。

2. 1、2脚与3、4脚间任意一组，阻值为无限大，输入端接通电源后，3、
4脚的电阻很小。

调节RP，3、4间脚电阻发生变化，说明该器件是好的。

3. 简易测试电路，当接通电源后，LED不发光，按下SB，LED会发光，调
节RP、LED的发光强度会发生变化，说明被测光电耦合器是好的。

此外，国产光耦继电器的检测方法主要有以下几种：
1. 用万用表测量电阻法：将光耦继电器接在交流电压输出端（或直流电压输入端）上，然后开路测试；若测得阻值小于1KΩ时，说明此产品正常；若
阻值大于1KΩ且小于10KΩ时说明此产品不正常。

2. 电流档测试法：将光耦继电器接入直流电压输出端（或直流电压输入端），然后用电流档进行测量；当测得的阻值小于时说明此产品正常；当阻值大于且小于2A时说明此产品不正常。

3. 示波器测量法：用数字式通用示波器对光耦继电器的通断情况进行监测并观察其变化过程及趋势是否正常即可判定该产品的质量好坏及性能高低。

4. 短路测试法：把待检的光耦继电器接入交流220V电源的任意两端之间进行短路的试验操作后看其是否损坏或者出现其他故障现象来判断产品质量好坏以及性能的优劣等状况。

以上是测试光耦隔离电阻的一些常用方法，可根据实际需要选择合适的测试方法。

如果遇到无法解决的问题，建议咨询专业技术人员或者联系生产厂家寻求帮助。

目录摘要 (2)ABSTRACT (3)简介 (4)第一章总体设计 (5)1.1引言 (5)1.2隔离温度变送器电路的设计 (6)1.3原理框图 (7)第二章元件质料 (8)2.1 PT100 (8)2.2 线性光耦 (10)2.3运算放大器 (15)第三章温度变送器的硬件设计 (19)3.1 信号采集电路 (19)3.2 差动放大电路 (20)3.3 电压变换电路 (21)3.4 V/I变换 (21)3.5电源部分 (22)结论 (25)参考文献 (26)附件电路原理图 (27)致谢 (28)摘要以铂电阻PT100 为例，设计了高准确度温度变送器。

设计时，考虑了铂电阻的非线性问题，同时考虑了工业现场中参考电压波动、干扰等对温度测量的影响。

定义了温敏系数概念，并以该系数作为设计的重要技术指标。

实际应用表明，该变送器具有较高的测量准确度和较强的抗干扰能力关键词：铂电阻器；变送器；非线性；干扰；温度测量；温敏系数AbstractThe high accuracy temperature transmitter is designed with Pt100 as example . In designing , non-linearity of platinum resistance is considered, and influence of reference voltage and interference to temperature measruement in industrial locale is also taken into account The concept of temperature sensitivity coefficient is definde .and made as the important desiganing specification Its application shows the transmitter features high measuring accruacy and high anti-interference.Key words: platinum resistor ;transmitter;nonlinearity; interference; temperature measurement; temperature sensitive coefficient简介随着科技的进步，社会工业化的加大。

线性隔离检测电路设计方案-基础电子1 引言开关电源、UPS等电源设备在电力系统、通信系统中被广泛应用，而这些设备无一例外地要检测主电路的电压、电流信号。

检测电路是主电路与控制电路的接口，也是电源设备必不可少的一个重要组成部分。

检测电路必须满足如下两个方面的要求：a 要有很高的精度和线性度。

现代电源为了达到很高的稳压稳流精度并具有很好的动态响应特性，大多都引入电压电流参与系统的反馈控制。

检测电路的精度和线性度，在某种程度上决定了整个电源的输出精度和稳定性。

b 必须具有隔离功能。

大多数电源的主电路和控制电路之间在电气上相互绝缘。

否则电源会由于主电路对控制电路的干扰而不能正常工作，甚至会危及调试人员的人身安全。

目前，市场上有许多隔离传感器供用户使用，如隔离放大器（TPS5904，AD202）、电压霍尔、电流霍尔等。

在上述器件中，AD202、霍尔元件有性能好、可靠性高、测量、应用范围广的优点。

但它昂贵的价格却使大多数使用者望而却步，TPS5904虽然价格比较便宜，但相对来讲，线性度较差。

只有TI公司的TIL300精密线性光耦，可以很地检测直流信号，隔离效果好，价格又便宜。

因此，许多设计人员在选择器件时都偏重于选择TIL300作为检测、反馈直流电压、电流用的检测元件。

但是，随着TIL300生产线的停产，以前使用TIL300的用户不得不选择其它器件，而目前电子元器件市场上又没有其它价格、性能可与TIL300相媲美的元件，这就给使用者带来很大不便。

本文基于此现状，提出了一种可以代替TIL300的检测电路。

该电路使用普通光耦，应用反馈控制原理，具有价格便宜，线性度好的特点，在一定程度上可以替代原有的TIL300。

2 TIL300简介TIL300精密线性光耦的内部结构如图1所示。

图1 TIL300结构示意图TIL300精密线性光耦合器是由一个红外光LED照射分叉配置的一个隔离反馈光二极管和一个输出光二极管组成，反馈光二极管吸收LED光通量的一部分而产生控制信号，该控制信号可通过一个调节电路来调节LED的驱动电流，终使得LED发出的光通量满足输入信号和反馈信号相等。

1. 线形光耦介绍光隔离是一种很常用的信号隔离形式。

常用光耦器件及其外围电路组成。

由于光耦电路简单，在数字隔离电路或数据传输电路中常常用到，如UART协议的20mA电流环。

对于模拟信号，光耦因为输入输出的线形较差，并且随温度变化较大，限制了其在模拟信号隔离的应用。

对于高频交流模拟信号，变压器隔离是最常见的选择，但对于支流信号却不适用。

一些厂家提供隔离放大器作为模拟信号隔离的解决方案，如ADI的AD202，能够提供从直流到几K的频率内提供0.025%的线性度，但这种隔离器件内部先进行电压-频率转换，对产生的交流信号进行变压器隔离，然后进行频率-电压转换得到隔离效果。

集成的隔离放大器内部电路复杂，体积大，成本高，不适合大规模应用。

模拟信号隔离的一个比较好的选择是使用线形光耦。

线性光耦的隔离原理与普通光耦没有差别，只是将普通光耦的单发单收模式稍加改变，增加一个用于反馈的光接受电路用于反馈。

这样，虽然两个光接受电路都是非线性的，但两个光接受电路的非线性特性都是一样的，这样，就可以通过反馈通路的非线性来抵消直通通路的非线性，从而达到实现线性隔离的目的。

市场上的线性光耦有几中可选择的芯片，如Agilent公司的HCNR200/201，TI子公司TOAS的TIL300，CLARE的LOC111等。

这里以HCNR200/201为例介绍2. 芯片介绍与原理说明HCNR200/201的内部框图如下所示其中1、2引作为隔离信号的输入，3、4引脚用于反馈，5、6引脚用于输出。

1、2引脚之间的电流记作IF，3、4引脚之间和5、6引脚之间的电流分别记作IPD1和IPD2。

输入信号经过电压-电流转化，电压的变化体现在电流IF上，IPD1和IPD2基本与IF成线性关系，线性系数分别记为K1和 K2,即K1与K2一般很小（HCNR200是0.50%），并且随温度变化较大（HCNR200的变化范围在0.25%到0.75%之间），但芯片的设计使得 K1和K2相等。

光耦隔离的4种常见方法对比在一般的隔离电源中，光耦隔离反馈是一种简单、低成本的方式。

但对于光耦反馈的各种连接方式及其区别，目前尚未见到比较深入的研究。

而且在很多场合下，由于对光耦的工作原理理解不够深入，光耦接法混乱,往往导致电路不能正常工作.本研究将详细分析光耦工作原理，并针对光耦反馈的几种典型接法加以对比研究.1 常见的几种连接方式及其工作原理常用于反馈的光耦型号有TLP521、PC817等。

这里以TLP521为例,介绍这类光耦的特性。

TLP521的原边相当于一个发光二极管，原边电流If越大，光强越强,副边三极管的电流Ic越大。

副边三极管电流Ic与原边二极管电流If的比值称为光耦的电流放大系数，该系数随温度变化而变化，且受温度影响较大。

作反馈用的光耦正是利用“原边电流变化将导致副边电流变化”来实现反馈，因此在环境温度变化剧烈的场合，由于放大系数的温漂比较大，应尽量不通过光耦实现反馈。

此外，使用这类光耦必须注意设计外围参数,使其工作在比较宽的线性带内，否则电路对运行参数的敏感度太强，不利于电路的稳定工作。

通常选择TL431结合TLP521进行反馈。

这时，TL431的工作原理相当于一个内部基准为2。

5 V的电压误差放大器，所以在其1脚与3脚之间，要接补偿网络.常见的光耦反馈第1种接法，如图1所示.图中，Vo为输出电压，Vd 为芯片的供电电压。

com信号接芯片的误差放大器输出脚，或者把PWM 芯片(如UC3525）的内部电压误差放大器接成同相放大器形式，com信号则接到其对应的同相端引脚。

注意左边的地为输出电压地，右边的地为芯片供电电压地,两者之间用光耦隔离。

图1所示接法的工作原理如下：当输出电压升高时，TL431的1脚（相当于电压误差放大器的反向输入端）电压上升，3脚(相当于电压误差放大器的输出脚）电压下降，光耦TLP521的原边电流If增大，光耦的另一端输出电流Ic增大，电阻R4上的电压降增大，com引脚电压下降,占空比减小，输出电压减小；反之，当输出电压降低时，调节过程类似。

光耦电路工作原理光耦电路是一种利用光信号进行传输和控制的电路，主要由光发射器、光接收器和光电检测器组成。

其工作原理主要基于光电转换、信号传输、隔离作用、电压放大、线性输出、高速响应和可靠性高等特点。

一、光电转换光耦电路中的光发射器通常采用发光二极管（LED）或激光二极管等光源，当电流通过这些光源时，它们会发出光线。

当光线照射到光电检测器上时，会产生光电流，即实现了光电转换。

这个过程是将电信号转换为光信号，为光信号的传输做准备。

二、信号传输在光耦电路中，由于光具有优秀的传输特性，可以在较长距离上传输而不损失信号质量。

通过将电信号转换为光信号，实现了电信号的长距离传输，从而可以将电路中的各个部分连接起来，实现电路的集成化设计。

三、隔离作用光耦电路中的光电检测器将接收到的光信号转换为电信号，但这个电信号与输入的电信号之间是相互隔离的。

这种隔离作用可以有效地避免电路中的相互干扰和噪声，提高电路的稳定性和可靠性。

四、电压放大光耦电路中的光电检测器通常具有电压放大功能，可以将接收到的微弱光信号转换为较强的电信号。

这种电压放大功能可以增强电路的输出能力，使得电路更加适合于实际应用。

五、线性输出光耦电路中的光电检测器通常具有线性输出特性，即输出的电信号与输入的光信号之间呈线性关系。

这种线性输出特性使得光耦电路在模拟信号传输和控制方面具有广泛的应用。

六、高速响应由于光速非常快，因此光耦电路中的光电转换和信号传输速度非常快，可以实现高速响应。

这种高速响应特性使得光耦电路在数字信号传输和控制系统等方面具有广泛的应用。

七、可靠性高光耦电路中的光源和光电检测器通常采用半导体材料制作，具有较长的使用寿命和较高的稳定性。

此外，由于光耦电路中不存在机械接触部分，因此具有较高的可靠性，适用于各种恶劣环境和工业应用场景。

线性光耦隔离检测电压电路耦合器以光为媒介传输电信号。

它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。

目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。

光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。

输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。

这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。

由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。

又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。

所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。

在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。

线性光耦的电流传输特性曲线接近直线，并且小信号时性能较好，能以线性特性进行隔离控制。

线性光耦TIL300 ：主要技术指标如下：1.带宽>200Kz；2.传输增益稳定度为±0.05%/℃3.峰值隔离电压为3500VTIL300是一个由红外光LED照射分叉配置的隔离反馈光二极管和一个输出光二极管组成。

该器件采用特殊制造技术来补偿LED时间和温度特性的非线性，使输出信号与发出的伺服光通量成线性比例。

图1.TIL300电容C 防止电路产生震荡。

TIL300内部D0是发光二极管，其工作电流电If 可选为10mA 。

D1,D2为光敏二极管，他们受D0的激发分别产生电流Ip1和Ip2，其大小与If 有关：其中 、 表明 ， 随 的变化，可称为光耦合函数。

由于D1,D2用相同的工艺做成并与D0封装在一起，因此，它们的光耦合函数变化规律一致，故可设：(1)实际上可以把K 看做常数，K 的值是TIL300的电器参数，典型值为1。

参数取值范围为0.75～1.25.。

U1构成一个负反馈放大器，其同相输入端和反相输入端的电压应近似相等，满足：（2） U2是一个电压跟随器，输出电压V0等于输入段电压：22i p V I R » （3） 于是电路的增益可由 (4)由于i V 的电压是由R3、R4、R5分压后输入U1同向端，所以： 0222111P i P V I R R K V I R R ==2p I 1p I f I 2f K I 11p fI K I = 1f K I 22p fI K I = 2211p f p f I K I K I K I == 11i p V I R »(5)于是： (6)可以看出输出0V 与E 是线性关系。

光耦隔离应用电路一、光耦隔离技术概述光耦隔离技术是一种利用光信号传输实现电路隔离的方法，广泛应用于各种电子设备和系统中。

光耦（Photo Coupler）是一种特殊的半导体器件，它能够实现电信号和光信号之间的相互转换。

在光耦隔离电路中，电信号通过光耦中的发光二极管转换为光信号，经过光导纤维传输到接收端的光敏三极管，再由光敏三极管转换为电信号。

由于光信号在传输过程中不受到电路中电磁干扰的影响，因此光耦隔离电路具有很好的抗干扰能力和电气隔离能力。

二、光耦隔离应用电路的种类根据不同的应用需求，光耦隔离电路有多种不同的种类。

以下是几种常见的光耦隔离应用电路：1.输入输出隔离电路：这种电路主要用于将输入信号和输出信号进行隔离，以避免两者之间的相互干扰。

例如，在计算机控制系统中，常常需要将微处理器的输出信号隔离后传输给执行机构，以避免微处理器的输出信号对执行机构产生干扰。

2.电源隔离电路：这种电路主要用于将输入电源和输出电源进行隔离，以避免两者之间的电气连接和相互干扰。

例如，在一些电子设备中，需要将输入的交流电源与内部的直流电源进行隔离，以保证设备的稳定性和安全性。

3.通讯隔离电路：这种电路主要用于将不同设备或模块之间的通讯信号进行隔离，以避免通讯信号之间的相互干扰。

例如，在一些工业控制系统中，需要将PLC与传感器或执行器之间的通讯信号进行隔离，以保证系统的稳定性和可靠性。

三、光耦隔离应用电路的设计要点设计光耦隔离应用电路时，需要考虑以下几个要点：1.电压和电流容量：根据实际应用需求，选择适当电压和电流容量的光耦器件。

确保所选器件能够承受传输信号的电压和电流值，以保证电路的正常工作和安全性。

2.传输速率：光耦器件的传输速率对于信号质量和系统性能有很大影响。

在设计时需要考虑信号的传输速率要求，选择适当传输速率的器件，以保证信号的完整性和实时性。

3.光学特性：光耦器件的光学特性包括光谱响应、光照灵敏度、正向电压等。