如何消除50Hz工频对高精度测温电路的扰动?

石材雕刻机 | 2021-06-12

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50Hz工频电磁场的干扰是硬件研发中不可避免的问题,尤其是在易碎测量电路中,不会使测量信号淹没在工频波形中,严重影响测量的稳定性,因此避免工频电磁场的干扰是易碎测量电路设计中不可避免的挑战。PT100是目前广泛使用的温度测量方案。

工程师在应用这个方案时,会不会遇到这样的问题:为什么PT100测温电路没有周期性的小波动?怎么解决问题?但这种现象经常发生,主要是因为没有以下原因:(50Hz工频电磁场的影响;周围电机或继电器等电源动作引起的群脉冲阻塞;引入系统的电源频率的共模阻碍。图1工频电磁场的波形更容易受到干扰,因为测量电路中没有周期性波动。用示波器观察工频电磁场波形如图1所示。

一般指出50Hz工频电磁场阻塞是由两个原因引起的:50Hz工频阻塞通过传导传递到系统中;50Hz的电源频率阻碍了通过空间耦合进入系统的传输。针对上述问题,避免50Hz工频电磁场干扰的方法也是具体的。有四种特殊方案供电路设计人员参考:利用电气隔离切断工频阻塞的传导通路;在脆弱电路处设置共模感应滤波电路,将噪声转化为输出地下通道的工频干扰;软件上构造IIR陷波滤波器或FIR带阻数字滤波器,避免工频干扰对测量结果的影响;减小测量引线电路面积,减少屏蔽,削弱空间耦合效应。

ZLG销售双通道热电阻隔离测温模块TPS02R,采用易碎电路设计,充分考虑50Hz工频干扰。如图2所示,我公司采用各种方案诱导工频阻塞,使得TPS02R模块分辨率平均为0.01,可以长时间稳定运行。图2TPS02R系统方案如上图系统方案右图所示。针对50Hz工频干扰,在“参考缓冲电路”中采用硬件滤波电路,降低50Hz工频干扰对ADC芯片参考电压的影响。

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如图3所示,本质上是一个电压跟随缓冲电路,融合了一个低通滤波器,R1C1用于50Hz滤波,R2R3C2C3用于50Hz古谐波滤波器。图3示出了缓冲滤波器电路定义了- 3dB频率响应,其按公式1计算。1ADC芯片内的PGA采用仪表放大器结构,大幅波动共模电源频率屏障,并内置数字处理器,对输出信号进行数字滤波。

数字滤波算法的频率响应如图4右图所示,数字滤波算法的陷波点在10Hz、20Hz、40Hz、80Hz频率的整数倍处调用。因此,10Hz频率的输入可以在一定程度上波动工频扰动。图4数字滤波器频率响应融合电隔离方案防止50Hz电源频率从电源传输到系统影响脆弱信号采集终端。

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模块采用四层板布局,大面积的屋铜短路,使接地电阻降到极低,尽量延长系统的信号电路,从而诱发50Hz工频干扰的产生。以上四种方案都适用于我们的高精度测温模块TPS02R,对50Hz工频电磁场干扰有很强的适应性。

现在,我们将我们的TPS02R与RTD非隔离测量方案进行比较:图5显示了相关产品的测量数据,如图5所示。在相同的环境下,使用fluke 5520A源表对RTD试验涉及的产品进行模拟,模拟温度为0,测量145次,统计数据涉及数据。

测试PC用USB模块的电源,USB模块与5520A源表之间不存在罕见的50Hz工频干扰信号。根据图2中的测试数据:彩票网站。

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