智能傳感器仿真加速信號調節系統的設計

傳感器仿真器可視作黑箱

有些工程師也許會(huì )問(wèn)，為何提高精度并不能解決問(wèn)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(wèn)題 是它不能用傳感器的激勵電壓調制。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(xiàn)性，當傳感器用于放射滴定時(shí)也會(huì )變化。在這種模式下，傳感器和 電子器件共用一個(gè)電源。測試放射滴定電源抑制很難用精確的電源實(shí)現。

在模擬傳感器的時(shí)候需要三個(gè)精確電源。一個(gè)用于共模信號，一個(gè)用于差分信號，另一個(gè)用于溫度信號(參見(jiàn)圖5)。這種設置比本文建議的仿真器方式成本高，而且它需要對每個(gè)傳感器輸出配置進(jìn)行重設置。而仿真器輸出配置僅需設置一次，并通過(guò)旋轉開(kāi)關(guān)選擇。

圖5 溫度信號電源

仿真傳感器所需的三個(gè)精密電壓源其中之一。

傳感器仿真器的簡(jiǎn)單實(shí)施

Wheatstone橋傳感器的仿真器有多種實(shí)現方式。這里介紹的方式非常直觀(guān)，它采用整形電位計和旋轉開(kāi)關(guān)，如果使用更復雜的方法，可以用D/A轉換器、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(guān)的方式可避免使用軟件。

圖5 介紹了傳感器仿真器的單個(gè)通道和。完整的設計使用十一個(gè)通道和旋轉開(kāi)關(guān)以產(chǎn)生十一個(gè)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(shí)的傳感器輸出。使用這種配置是因為，大多數常用傳感器校正算法需要三個(gè)不同溫度和三種不同程度的激勵。通過(guò)調節R8(精調時(shí) 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(shí)，電路輸出范圍為±25mV。數小時(shí)的測量穩定度約為0.03%。該電路的輸出范圍可通過(guò) 改變R7和R10來(lái)實(shí)現。例如，激勵電壓為5V時(shí)，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，提高精度和可重復性。

該傳感器仿真器還可以模擬溫度輸出信號。大多數傳感器內置了簡(jiǎn)單的溫度傳感器以監視橋傳感器溫度。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(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，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(guò)傳感器的激勵電壓調制。U3和U4緩存溫度輸出信 號，可用于調節傳感器輸出信號，這樣傳感器輸出信號相當于串聯(lián)橋。溫度感應的二極管方法僅需用阻性分壓器代替二極管即可實(shí)現。而且同樣的電路也可與旋轉開(kāi) 關(guān)共同使用以產(chǎn)生室溫、高溫和低溫信號。