智能傳感器仿真加速信號調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計
圖4 表示了視作黑箱的傳感器仿真器。注意到Vexc輸入、傳感器輸出和溫度信號輸出,以及溫度輸出和傳感器輸出的控制。溫度輸出控制有三個 不同溫度(室溫、高溫和低溫)。傳感器輸出有如下輸出:0、50%及100%低溫、0、25、50、75和100室溫、0、50和100%高溫。 本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/163895.htm
傳感器仿真器可視作黑箱
有些工程師也許會問,為何提高精度并不能解決問題,比如采用精密電源(如毫伏校正器)模擬傳感器輸出。使用電壓源模擬傳感器輸出的主要問題 是它不能用傳感器的激勵電壓調(diào)制。傳感器的電子器件通常用改變傳感器激勵電壓的方式校正非線性,當(dāng)傳感器用于放射滴定時也會變化。在這種模式下,傳感器和 電子器件共用一個電源。測試放射滴定電源抑制很難用精確的電源實現(xiàn)。
在模擬傳感器的時候需要三個精確電源。一個用于共模信號,一個用于差分信號,另一個用于溫度信號(參見圖5)。這種設(shè)置比本文建議的仿真器方式成本高,而且它需要對每個傳感器輸出配置進行重設(shè)置。而仿真器輸出配置僅需設(shè)置一次,并通過旋轉(zhuǎn)開關(guān)選擇。
圖5 溫度信號電源
仿真?zhèn)鞲衅魉璧娜齻€精密電壓源其中之一。
傳感器仿真器的簡單實施
Wheatstone橋傳感器的仿真器有多種實現(xiàn)方式。這里介紹的方式非常直觀,它采用整形電位計和旋轉(zhuǎn)開關(guān),如果使用更復(fù)雜的方法,可以用D/A轉(zhuǎn)換器、微控制器、PC接口和相關(guān)軟件。這兩種方法有各自的優(yōu)勢,用直觀的方式可避免使用軟件。
圖5 介紹了傳感器仿真器的單個通道和。完整的設(shè)計使用十一個通道和旋轉(zhuǎn)開關(guān)以產(chǎn)生十一個獨特的輸出狀態(tài)。這十一種不同的輸出狀態(tài)通常用于模 擬不同激勵下在三種不同溫度時的傳感器輸出。使用這種配置是因為,大多數(shù)常用傳感器校正算法需要三個不同溫度和三種不同程度的激勵。通過調(diào)節(jié)R8(精調(diào)時 使用R9)產(chǎn)生差分信號。使用圖中所示的元件,激勵電壓為5V時,電路輸出范圍為±25mV。數(shù)小時的測量穩(wěn)定度約為0.03%。該電路的輸出范圍可通過 改變R7和R10來實現(xiàn)。例如,激勵電壓為5V時,使用1k歐電阻可將范圍變?yōu)椤?50mV。這樣電路可用于模擬不同范圍的傳感器輸出,提高精度和可重復(fù)性。
該傳感器仿真器還可以模擬溫度輸出信號。大多數(shù)傳感器內(nèi)置了簡單的溫度傳感器以監(jiān)視橋傳感器溫度。前文已經(jīng)提及傳感器通常用二極管產(chǎn)生溫度信號,或者使用橋電阻的溫度系數(shù)(the Rt method).
圖6 產(chǎn)生Rt溫度信號
圖6解釋了如何產(chǎn)生Rt溫度信號。R2和R3用于模擬橋電阻的溫度系數(shù),R4用于溫度傳感器電阻Rt。
如何產(chǎn)生Rt溫度信號的仿真
相同的阻性分壓器可用于產(chǎn)生常溫、高溫和低溫信號。該電路的另一優(yōu)勢是Rt溫度信號可通過傳感器的激勵電壓調(diào)制。U3和U4緩存溫度輸出信 號,可用于調(diào)節(jié)傳感器輸出信號,這樣傳感器輸出信號相當(dāng)于串聯(lián)橋。溫度感應(yīng)的二極管方法僅需用阻性分壓器代替二極管即可實現(xiàn)。而且同樣的電路也可與旋轉(zhuǎn)開 關(guān)共同使用以產(chǎn)生室溫、高溫和低溫信號。
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