2023年6月24日发(作者：)

PS-010前端信号处理板技术说明书

1. 概述：

PS-010 前端信号处理板是与我所研制的PC-6360 模入接口卡配套使用的前端信号处理板和多通道次级板。本板装有16 路双端输入通道及接线端子。通过带缆串级联接，一块PC-6360模入接口卡最多可扩展至128路双端输入通道( 8块PS-010板)。本板上的高性能仪用放大器可提供1～1000倍( 8档，硬件选择)的放大增益，或用户自定的增益。

本板还具有滤波、电流电压变换等信号处理功能供用户选用。

PS-010前端信号处理板特别提供了冷端补偿(CJC)电路，使本板尤

其适用于热电偶测温系统的信号处理。

2. 主要技术指标：

2.1 输入通道数：双端16路

2.2 输入电压范围：最大±10V，由放大器增益确定输入条件：

增益 共模抑制比 非线性度 稳定时间 最大输入电压

1000 120dB 0.005 0.075mS ± 10mV

100 120dB 0.005 0.025mS ± 100mV

10 105dB 0.010 0.015mS ± 1V

1 75dB 0.015 0.015mS ± 10V

2.3 输入过压保护范围：持续±30V

2.4 输入共模电压：最大±10V

2.5 输出电压：最大±10V

2.6 输出电流：最大5mA

2.7 冷端补偿输出电压：＋24.4mV／℃ ( 0℃时为0V )

2.8 冷端补偿误差：最大±0.5℃

2.9 电源功耗： ±5V(±10％) ≤ 200mA (不使用主机±12V电源)

±12V(±10％) ≤ 30mA (使用主机±12V电源)

2.10 使用环境要求：工作温度：0℃～40℃

相对湿度：40％～80％ RH

存贮温度：－55℃～＋85℃

2.11 外型尺寸：长×宽＝205mm×114mm ( 8.1英寸×4.5英寸 )

3. 安装与设置：

3.1 启封与初检：

PS-010 前端信号处理板在销售前都经过仔细的调整与检查。用户在将产品从包装盒中取出时，一定要先将人体静电荷去掉(用手触摸水管、暖气片等均可)，以避免静电对板上器件的损坏，同时检查产品应无划痕或运输损坏。在对本板进行安装或使用前，应仔细阅读本技术说明书，以保证正确使用。

3.2 开关及跨接选择器的使用：

开关及跨接选择器的选择使用应在不加电的情况下进行。

3.2.1 增益选择开关：

JK7为增益选择开关，可设置成×1、×2、×10、×50、×100、×200、×500、×1000以及用户自定义的增益。开关拨至ON处为选定，反之为断开。用户使用时应注意每一时刻只能选定一种增益量程，否则将出现错误。

当用户需要使用自行确定的增益量程时, 可按下列公式计算增益电阻并焊接在板上标有USER 的位置上，同时将所有的增益选择开关置为OFF即可。 Rg ( KΩ ) ＝40／( G－1 ) G为所需的增益值。

如果计算出的电阻值无法得到而且用户不使用×1档时，也可用一个相近的固定电阻和适当的电位器串联起来分别焊在本板上标有 R1

和W1的位置上。此时增益选择开关×1档位置即是新选定的增益值。

3.2.2 输入滤波器选择：

本板为每个输入通道提供了低通滤波器，以抑制高频噪声。低通滤波器由一个1μ电容和2个1 .2K电阻组成，时间常数为2 .4mS，截止

频率为66Hz。JP0～JP15

为输入滤波器选择插座，对热电偶等低频输入信号可将跨接套插上，而对高频输入信号则应将跨接套去掉。

3.2.3 模拟通道输出滤波器选择：

本板为模拟输出通道提供了一个低通滤波器，这个低通滤波器由一个0.1μ电容和5.1K电阻组成，时间常数约为0.5mS，截止频率约300Hz，用户可根据需要选用这个低通滤波器。模拟通道输出滤波器通过跨接器JK6选择，放在ON处滤波器有效，放在OFF处滤波器无效。

3.2.4 模拟输出通道选择：

本板提供了8 个模拟输出通道供用户选用，在多个前端信号处理板串联使用时，每一块板的模拟输出应选择不同的通道。模拟输出通道的选择通过跨接选择器JK3进行，这个跨接选择器的0～7即对应于PC-6360模入接口卡的通道0～通道7。“X”为开路。选择某一模拟输出通道时，将相应一路用跨接套短接即可。

3.4.5 冷端补偿输出通道选择：

本板为使用热电偶场合提供了冷端补偿。当需要冷端补偿时，将跨接套插在需要补偿的通道上。不需要补偿时，将跨接套插在“X”位置上。JK4

用于冷端补偿输出通道选择，其0～7 的定义同模拟输出通道定义相同，由于冷端补偿和模拟输出共用一组输出通道，所以冷端补偿输出占用的通道就不能再用于其它输出了。

3.4.6 电源选择：

本板一般由板上的DC／DC电源模块供电，必要时也可使用主机提供的±12V 电源。当本板电源工作正常时，板上的3个红色发光管应点亮。

电源的选择通过JK5进行，选择方法见下图。

JK5 JK5

a. 用模块供电 b. 主机电源供电

4. 信号线连接：

4.1 模拟输入信号线的连接：

本板提供了16 路双端模拟输入通道，输入通道的选择由PC-6360模入接口卡上提供的4位数字输出信号控制。由于现场信号的接法大致分为浮地和非浮地信号两大类，下面就其正确的连接方法分别加以说明。

4.1.1 浮地信号的连接：

浮地信号是指信号源没有接地的信号，对于这类信号应该按下面给出的形式正确连接。

4.1.2 非浮地信号的连接：

如果信号源的一端已经就近接地，此时的信号即为非浮地信号。由于信号源与 PS-010 的地电位并不严格相等，它们之间的差值就构成了共模电压。对于这种非浮地的信号，正确的和不正确的连接方法见下图。

正确的接法：

不正确接法：

4.2 控制与模拟输出线的连接：

控制与模拟输出线由40 芯扁平带缆与PC-6360模入接口卡或扩展的次级板连接。

JK1用于与PC-6360模入接口卡或前级板连接。

JK2用于与次级板连接。

连接时注意带缆的色边(红或兰边)一定要对准JK1或JK2标有“1”的一端，不要接反。

本板单块使用或多块级连使用接线方法如下：

单块使用：

多块级连：

4.3 输入输出接口定义：

本板上的JK1与JK2同为输入输出接口，两个插座相同，均可与我公司研制的PC-6360模入接口板直接挂接，也可与其他PS-011或PS-010调理板挂接。当用户使用其他厂商的模入板挂接本板时，需注意控制信号和各种电源应与本板要求一致。

本板上的输入输出接口JK1和JK2的定义见表。

输入输出接口定义表

插座引脚号

1

3

5

7

9

11

13

15

17

19

21

23

25

27

29

31

33

35

37

39

5. 操作与使用注意：

5.1 放大增益的确定：

由于本板的放大增益是由硬件设置的，所以某一时刻只能使用一种增益档，如果有几个不同的输入信号同时连接在一块PS-010 板时，为了防止放大器饱合，选择增益应以最大的输入信号为准。在处理热电偶信号时，应信号定义

CH1输出

CH2输出

CH3输出

CH4输出

CH5输出

CH6输出

CH7输出

CH8输出

模拟地

NC

NC

NC

控制型号D0

控制型号D2

电源地

+5V输入

+12V输入

-12V输入

NC

NC

插座引脚号

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

信号定义

模拟地

模拟地

模拟地

模拟地

模拟地

模拟地

模拟地

模拟地

模拟地

NC

NC

NC

控制型号D1

控制型号D3

电源地

+5V输入

+12V输入

-12V输入

NC

NC 注意每种类型的热电偶都需要相应的增益。为了保证温度测量的正确性，请不要将需要不同增益的热电偶接在一块PS-010板上。

不同类型的热电偶和合适的增益如下表所示：

热电偶类型

T

J

E

K

R

S

5.2 输入通道选择：

本板上16路双端模拟输入通道是由PC-6360模入接口卡或其它具有类似功能的接口卡发出的4位TTL／CMOS数字输出量控制的。数字输出量与所选择的通道号关系如下：

D3 D2 D1 D0

0 0 0 0

0 0 0 1

0 0 1 0

....

1 1 1 1

通道号

0

1

2

...

15

温度范围(℃) 输出范围(mV) 适合的增益

－200～＋200

－200～＋600

0 ～＋700

－200～＋1200

0～＋1769

0～＋1769

－10～＋10

－100～＋35

－5～＋55

－10～＋55

0～＋25

0～＋20

100

100

50

50

200

200

由于本板上的放大器需要一个保证信号稳定的建立时间，尤其在较大的放大增益时更是如此(参见2.2节)，所以用户在从主机送出输入通道选择控制代码后，应加上一定的延时后再启动A／D转换。

5.3 电流测量：

本板可以方便地测量电流，本板上每一输入通道都预留有安装分流电阻的位置，标号为RC0～RC15。用户只需在该位置焊上分流电阻，即可完成电流电压转换。

5.4 热电偶开路检测：

本板为每一个输入通道预留了一组热电偶开路检测电路。这组电路出厂时不连接。用户需要使用热电偶开路检测时，可以在本板背面找到一组焊接短路片，这组焊接短路片每两个对应一个输入通道，用户只需用焊锡将其短接即可。热电偶开路检测电路使用原理是: 一般情况下，热电偶产生的信号电压很弱小，当热电偶开路时，该检测电路会缓慢地将信号电压拉到-15V，用户可以用一个简单的程序检查出信号电压的变化并判断热电偶是否开路。

5.5 冷端补偿电路：

本板为便于热电偶测量，提供了一个冷端补偿电路，这个电路产生＋24.4mV／℃的补偿电压(0℃时为0V)即12位A／D转换时，每1LSB为0.1℃。由于这个冷端补偿路测量的是接线端子附近的温度值，所以用户需要冷端补偿时，应将热电偶信号用补偿导线接至接线端子上，方可测得精确的温度值。

5.6 使用注意事项：

本板在使用中应注意：

①模拟输入信号应注意不要超过±30V，尤其不要与高压电路搭碰，否则会造成严重损坏。

②测量微弱信号且输入信号线较长时，应使用屏蔽线并按正确方法将外屏蔽层可靠接地。

③不使用的模拟输入通道应在本板的引线端子处，双端对地短接，以避免多路选择器的通道串扰。这种通道串扰在放大器增益较大且周围环境中电磁干扰较严重时比较明显。 6. 校准:

本板在出厂时已经过仔细调整与校准，没有必要，请不要随意调节。如果确实需要调校时，请准备一块4位半以上的数字万用表和高精度的信号源。如果需要调节温度补偿电路，还要准备一个比较精确的数字温度计或其它测温装置。

本板的主要可调节元件见下图：

其中: W1 出厂时不装 W7 ×500倍满度调节

W2 ×2倍满度调节 W8 ×1000倍满度调节

W3 ×10倍满度调节 W9 放大器输入偏置调节

W4 ×50倍满度调节 W10 放大器输出偏置调节

W5 ×100倍满度调节 W11

温度补偿调节

W6 ×200倍满度调节

6.1 放大器偏置校准：

①将本板与PC-6360接好并选通本板的某一通道，并将该通道的模拟高低输入端口与模拟地短接，将JK3

跨接套放在“X”处，将数字万用表接在JK3

的下面一排针中的任意一个与模拟地之间，并将数字表设置在最小电压档上。

②将JK7

增益选择开关设为×500或×1000档，调节W9

使万用表读数为“0”。

③将JK7增益选择开关设为×1档，调节W10使万用表读数为“0”。

6.2 放大器增益校准：

①连接方法同6.1①，但模拟输入通道应与高精度信号源相连，注

意输入通道低端应与模拟地短接并与信号源负端相连。

②将JK7增益选择开关设为×2档，调节W2使万用表读出希望的输出值，一般情况下，输入＋1.00V时，输出应为＋2.00V。

③重复②中操作，调节相应的电位器，使各档增益值都校准为止。

6.3 冷端补偿电路校准：

①将本板与PC-6360接好，将JK4

跨接套放至“X”处，将数字万用表接在JK4

的下面一排针中的任意一个与模拟地之间，并将数字表设置在适当的电压档上。

②开机预热一定时间后，用数字温度计测量本板上温度传感器Q2周围的温度。为保证测量正确，应将温度计的传感器紧贴在Q2上。

③本板冷端补偿电路产生一个＋24.4mV／℃的补偿值。(0℃时为0V)，测量温度相应的输出电压可由下列公式计算：

Vt＝( 24.4mV／℃ )×实测的温度值

例如：实测温度值为20.0℃时， Vt＝488mV 实测温度值为25.0℃时， Vt＝610mV

④调节W11使输出电压等于上面计算出的值。

7. 保修：

本产品自售出之日起两年内，凡用户遵守贮存、运输及使用要求，而产品质量低于技术指标的，凭保修单免费维修。因违反操作规定和要求而造成损坏的，需交纳器件和维修费。

8. 产品成套性：

PS-010前端信号处理板壹块。