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為什么工業(yè)傳感器會(huì )出錯？

作者： 時(shí)間：2017-01-09 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò ) 收藏


pH電極是一種無(wú)源傳感器，其意味著(zhù)無(wú)需激勵源(電壓或者電流)。但是，它是一種雙極傳感器，它的輸出可以圍繞基準點(diǎn)上下擺動(dòng)。因此，在一個(gè)單電源系統中，傳感器需要參考共模電壓(通常為半電源)，以防止其軌接地。

由于薄玻璃殼具有很大的電阻(范圍通常為10MΩ到1000MΩ)，因此pH電極的源阻抗非常高。這意味著(zhù)，只能通過(guò)一個(gè)高阻抗測量電路來(lái)監測電極。另外，該電路應具有低輸入偏置電流，因為即使注入高阻抗電極的電流極小，也會(huì )形成明顯的偏移電壓，并給系統帶來(lái)測量誤差。另外，即使系統關(guān)閉，隨著(zhù)時(shí)間的推移，pH電極所吸的電流也可能會(huì )使傳感器老化。因此，即使在未向測量電路供電時(shí)，也應維持低輸入偏置電流，這一點(diǎn)很重要。

pH電極產(chǎn)生的電壓輸出線(xiàn)性依賴(lài)于解決方案的被測pH。圖6和圖7所示傳輸函數和pH刻度表明，當解決方案的pH增加時(shí)，pH測量電極產(chǎn)生的電壓降低。注意，pH電極的靈敏度隨溫度而變化。觀(guān)察pH電極傳輸函數曲線(xiàn)，我們可以看到，靈敏度隨溫度上升而線(xiàn)性上升。由于這種特性的存在，了解解決方案的被測溫度，并對測量進(jìn)行相應的補償至關(guān)重要。


圖6：pH電極傳輸函數
圖7：pH刻度

最后，pH傳感器要求高阻抗、低輸入偏置電流接口、共模電壓和溫度補償功能。用于化學(xué)檢測的LMP91200傳感器AFE可以滿(mǎn)足以上要求(請參見(jiàn)圖8)。通過(guò)其可編程電流源，你可以輕松地連接RTD。利用多級溫度測量功能，消除了溫度信號路徑的誤差，從而進(jìn)一步增強了溫度測量精確度。25℃下時(shí)，這種器件的輸入偏置電流范圍僅為數十fA，最小化了連接高阻抗pH電極時(shí)的誤差。最終，器件關(guān)閉時(shí)偏置電流僅為數百fA，從而把長(cháng)時(shí)間電流消耗帶來(lái)的電極老化降至最低。


圖8：用于化學(xué)檢測的LMP91200可配置傳感器AFE

我們討論了一些與工業(yè)傳感器相關(guān)的最為普遍的設計挑戰。這些挑戰包括激發(fā)、增益、溫度補償、偏移抵消、電流到電壓轉換、高阻抗接口和診斷電路等。使用一個(gè)正確的AFE，可在降低設計復雜程度的同時(shí)提高測量精確度。

市場(chǎng)上，有許多可配置和易用型傳感器AFE供我們選擇。在TI，這些器件與在線(xiàn)設計工具“WEBENCH Sensor AFE Designer”結合使用。這種設計工具讓廣大系統設計人員可以開(kāi)發(fā)出高性能的集成傳感器系統，并同時(shí)縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。

參考文獻

“Designing CO2 and alcohol-sensing applications,” Jason Seitz, ECN, April 2012.
“Designing with pH electrodes,” Application Note (AN-1852), Jason Seitz, TI, October 2008.
“Designing with thermocouples,” Application Note (AN-1952), Jason Seitz, TI, March 2009.
“Detect faults between a sensor and amplifier,” Mike Stout, Electronic Design, December 2010.
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