傳感器及其信號(hào)調(diào)理技術(shù)

本書可作為自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化、機(jī)電一體化等專業(yè)的本科教材或教學(xué)參考書，也可作為工程技術(shù)人員自學(xué)的讀本。

出版時(shí)間: 2012-01-01

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所屬分類: 圖書>科技>電子與通信

一般壓力傳感器中都會(huì)有一個(gè)信號(hào)調(diào)理器，它是功能是補(bǔ)償傳感器在不同溫度下的誤差?，F(xiàn)在，市場(chǎng)上能夠買到多種型號(hào)的信號(hào)調(diào)理器，信號(hào)調(diào)理器的功能也多樣化，它們可以精確地放大壓力傳感器信號(hào)、補(bǔ)償傳感器的溫度誤差，并且能夠直接控制校準(zhǔn)過(guò)程。信號(hào)調(diào)理器還可以調(diào)節(jié)不同的信號(hào)來(lái)滿足不同客戶的需求。

壓力傳感器使用在不同的壞境需要不同的輸出，比如汽車工業(yè)要求信號(hào)調(diào)理器提供0.5V~4.5V輸出，工業(yè)和過(guò)程控制應(yīng)用通常要求4mA~20mA輸出，而測(cè)試設(shè)備輸出要求0~5V的輸出范圍。通過(guò)采用多電壓量程或電流輸出的信號(hào)調(diào)理器，設(shè)計(jì)人員無(wú)須為每個(gè)應(yīng)用設(shè)計(jì)一個(gè)電路板。有些信號(hào)調(diào)理器允許設(shè)計(jì)工程師在多達(dá)100個(gè)溫度補(bǔ)償點(diǎn)校準(zhǔn)傳感器輸出，使工程師能夠按照誤差與壓力傳感器溫度曲線之間的關(guān)系進(jìn)行匹配，從而減小溫度對(duì)傳感器的影響。可修正的誤差包括整個(gè)溫度范圍內(nèi)的零點(diǎn)和滿量程增益誤差。溫度傳感器用來(lái)跟蹤壓力傳感器的環(huán)境溫度。

信號(hào)調(diào)理器目前已經(jīng)有很多公司能夠生產(chǎn)，但是能對(duì)信號(hào)調(diào)理器校準(zhǔn)的系統(tǒng)的不是很多，所以開發(fā)出能夠校準(zhǔn)信號(hào)調(diào)理器的系統(tǒng)非常必要。信號(hào)調(diào)理器不僅僅是在壓力傳感器中有應(yīng)用，很多傳感器中都需要用到信號(hào)調(diào)理器，所以要想發(fā)展更高性能的傳感器首先需要有高性能的信號(hào)調(diào)理器。

1.放大

放大器提高輸入信號(hào)電平以更好地匹配模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)的范圍，從而提高測(cè)量精度和靈敏度。此外，使用放置在更接近信號(hào)源或轉(zhuǎn)換器的外部信號(hào)調(diào)理裝置，可以通過(guò)在信號(hào)被環(huán)境噪聲影響之前提高信號(hào)電平來(lái)提高測(cè)量的信號(hào)-噪聲比。

2.衰減

衰減，即與放大相反的過(guò)程，在電壓(即將被數(shù)字化的)超過(guò)數(shù)字化儀輸入范圍時(shí)是十分必要的。這種形式的信號(hào)調(diào)理降低了輸入信號(hào)的幅度，從而經(jīng)調(diào)理的信號(hào)處于ADC范圍之內(nèi)。衰減對(duì)于測(cè)量高電壓是十分必要的。

3.隔離

隔離的信號(hào)調(diào)理設(shè)備通過(guò)使用變壓器、光或電容性的耦合技術(shù)，無(wú)需物理連接即可將信號(hào)從它的源傳輸至測(cè)量設(shè)備。除了切斷接地回路之外，隔離也阻隔了高電壓浪涌以及較高的共模電壓，從而既保護(hù)了操作人員也保護(hù)了昂貴的測(cè)量設(shè)備。

4.多路復(fù)用

通過(guò)多路復(fù)用技術(shù)，一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)可以不間斷地將多路信號(hào)傳輸至一個(gè)單一的數(shù)字化儀，從而提供了一種節(jié)省成本的方式來(lái)極大地?cái)U(kuò)大系統(tǒng)通道數(shù)量。多路復(fù)用對(duì)于任何高通道數(shù)的應(yīng)用是十分必要的。

5.過(guò)濾

濾波器在一定的頻率范圍內(nèi)去處不希望的噪聲。幾乎所有的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用都會(huì)受到一定程度的50Hz或60Hz的噪聲(來(lái)自于電線或機(jī)械設(shè)備)。大部分信號(hào)調(diào)理裝置都包括了為最大程度上抑制50Hz或60Hz噪聲而專門設(shè)計(jì)的低通濾波器。

6.激勵(lì)

激勵(lì)對(duì)于一些轉(zhuǎn)換器是必需的。例如，應(yīng)變計(jì)，電熱調(diào)節(jié)器，和RTD需要外部電壓或電流激勵(lì)信號(hào)。通常RTD和電熱調(diào)節(jié)器測(cè)量都是使用一個(gè)電流源來(lái)完成，這個(gè)電流源將電阻的變化轉(zhuǎn)換成一個(gè)可測(cè)量的電壓。應(yīng)變計(jì)，一個(gè)超低電阻的設(shè)備，通常利用一個(gè)電壓激勵(lì)源來(lái)用于惠斯登(Wheatstone)電橋配置。

7.冷端補(bǔ)償

冷端補(bǔ)償是一種用于精確熱電偶測(cè)量的技術(shù)。任何時(shí)候，一個(gè)熱電偶連接至一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時(shí)，您必須知道在連接點(diǎn)的溫度(因?yàn)檫@個(gè)連接點(diǎn)代表測(cè)量路徑上另一個(gè)"熱電偶"并且通常在您的測(cè)量中引入一個(gè)偏移)來(lái)計(jì)算熱電偶正在測(cè)量的真實(shí)溫度。