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基于電阻的傳感器,如應力規和壓阻器件，常用于測量多種物理參數。對于使用數字處理器或微控制器進(jìn)行數據采集和信號處理的設備來(lái)說(shuō)，傳感器的響應必須表現為一種適合于轉換成數字格式的形式。把這類(lèi)傳感器的電阻變化轉換成一個(gè)與之成比例的頻率或時(shí)間間隔是可取的，所以你就能用一個(gè)計數器或定時(shí)器來(lái)方便地得到數字形式的輸出信號。圖1所示電路把傳感器的電阻RS 線(xiàn)性地轉換成與之成比例的時(shí)間間隔。這一電路實(shí)際上是一個(gè)張馳振蕩器，由一個(gè)電流源、一個(gè)橋式放大器、一個(gè)比較器和一個(gè)觸發(fā)器組成。電流IS分成兩路，分別通過(guò)R1和R2，就如同這兩個(gè)電阻并聯(lián)在一起一樣。假定運算放大器是理想放大器，則當RX (R4+RS)大于R1R3/R2時(shí)，該電路就起一個(gè)振蕩器的作用。 該電路可在比較器IC2的輸入端和輸出端產(chǎn)生多種波形(圖2)。T1和T2分別是比較器的輸出電平為VS1和-VS2時(shí)的時(shí)間間隔。IC2的輸出電壓，在其電平可通過(guò)一個(gè)齊納二極管電路加以改變的情況下，可作為D觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入。你可從7474觸發(fā)器得到交替出現的高電平和低電平的方波輸出，其時(shí)間周期為T(mén)=4C(R2RX-R1R3)/R1。這一公式說(shuō)明該電路把傳感器的電阻變化轉換成與之成比例的時(shí)間間隔ΔT，轉換靈敏度為ΔT/ΔRS=4C(R2/R1)。圖1所示電路可達到下列突出性能： ● 傳感器接地。你只要改變R1或R2就可很方便地改變轉換靈敏度。 ● 你只要改變R3或R4，就可改變偏置值 TO（與傳感器阻值變化而引起的T變化有關(guān)），而不影響轉換靈敏度。 ● 運算放大器的失調電壓以相反的方式改變T1和T2，因而對T(T1+T2)的總影響不大。 ● 由于電流源的存在，輸出在很大程度上對電流源線(xiàn)路的噪聲電壓及VS1和VS2的變化并不敏感。 請考慮這樣一個(gè)實(shí)例：把一個(gè)Pt-100（鉑RTD）傳感器的119.4Ω~138.51Ω的阻值范圍轉換成10~12.5ms的時(shí)間周期。與119.4Ω~138.51Ω阻值范圍對應的溫度范圍為50℃~100℃。這一設計很簡(jiǎn)單。由于流過(guò)傳感器的電流是IS的一部分，IS應小得足以使自加熱誤差達到可接受的低水平。該設計中使用了一個(gè)IN5287電流調節器，它所提供的IS和動(dòng)態(tài)阻抗分別為0.33mA左右和優(yōu)于1.35MΩ。如果電流源性能較好，你就可使用基于穩壓器IC的電路。下一步是，在為R1和C選取一個(gè)適當可行的固定值情況下，調整R2的阻值，直到獲得所要求的靈敏度：130.82μS/Ω。此后，在R4固定不變情況下，調整R3以獲得輸出（T）所需的偏置。圖1給出了本例所用元件的參數值。電阻的容差均為1%，額定功率為0.25W，C是聚碳酸酯電容器。 圖1 這個(gè)簡(jiǎn)單的電路把電阻讀數轉換成時(shí)間周期輸出。 圖2 這些波形代表比較器IC2的輸入和輸出。 |
