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第二章常用传感器及其应用电路
一种电子系统的组成框图
一般的测控系统设计测控系统在硬件方面主要就是设计输入和输出接口;而在软件方面,就是设计使输入输出接口工作的程序,以及对收集信息进行处理的程序。
2.1常用传感器及其应用要求传感器是借检测元件(敏感元件)将被测对象的一种信息按一定的规律转换成另一种信息的器件或装置。
一、常用传感器分类通常所指的信息采集或获取主要依靠各类传感器。传感器所获取的信息通常有物理量、化学量和生物量等,而经传感器转换后的信息多数为电学量,如电阻、电容、电感、电压、电流及频率与相位的变化等。传感器的种类繁多,应用十分广泛。常用的分类方法有两种:一种是按被测参量来分;另一种是按传感器的工作原理来分。详见表2.1和表2.2。
二、传感器的参数1、静态参数(1)精确度(准确度):表示测量结果与被测量的(约定)真值之间的一致程度。(2)灵敏度与稳定度灵敏度:表示传感器的输出变化量与引起此变化的输入变化量之比。稳定度:在规定条件下,传感器保持其特性恒定不变的能力。(3)分辨率:传感器的指示装置对两个相邻值有效辨别的能力,即为最小检测量。(4)零值误差:表示当输入为零时,传感器输出偏离零位的值。
2、动态参数常用动态参数有时间常数、上升时间、稳定时间、过冲量、频带宽度BW
三、传感器的应用要求
1、一次变换后的电信号具有以下特点:输出电信号通常为模拟量;输出电信号一般较微弱;输出电信号的信噪比较小,甚至有用信号淹没在噪声之中;传感器的输入输出特性通常存在一定的非线性,并易受环境温度及周围电磁干扰的影响;传感器的输出特性与电源的稳定性等有关,通常要求恒压或恒流供电。
2、传感器接口设计(1)模拟信号的传输电压传送不适合远距离传送;电流传送适合远距离传送;(2)信号的转换传感器的输出信号在传输过程经常需要各种转换,常用的转换方法:电压、电流信号转换成频率信号传输回路的阻抗变换
(3)非线性校正和温度补偿线性化处理可由电路(如查表法及二极管折线近似电路)或用软件实现;温度补偿也可用硬件或软件来实现。(4)信号传输中的干扰抑制常用措施:差分式传输方式;隔离传输方式;对输入回路进行屏蔽和接入滤波电路等措施;对通断输出型传感器常接入具有迟滞性电路,如迟滞比较器。
3、在设计上通常应满足以下要求:(1)考虑与传感器及后续电路的阻抗匹配问题,必要时可加一级电压跟随器,以减小传输线路电阻及电容的影响。(2)放大器的放大倍数及输出电压动态范围应满是后续电路及整个系统的精度、动态性能的要求。
(3)考虑使用环境的要求(如温度及电磁场干扰),必要时应加温度补偿及抗干扰措施(如屏蔽、光隔等)。(4)传感器信号调理电路的结构、尺寸、电源电压、功耗及成本应与整个系统相协调,以使产品的性价比更高。
2.2传感器应用举例一、温度传感器1、温度传感器:通过被感知对象温度的变化而相应改变某种特性或参量的敏感元件。温度传感器随被测温度的变化而引起的物理参数变化有:膨胀、电阻、电容、热电动势、磁性能、频率、光学特性等。
2、按温度传感器与被测介质的接触方式不同可分为两大类:接触式与非接触式温度传感器。还可以根据测温原理进行分类。实际工作中应根据测温的具体要求(如测温范围、精度、价格高低等)合理选择合适的温度传感器。
集成温度传感器
测量原理:根据晶体管b-e结压降与热力学温度T以及通过发射极电流I的下述关系式,可以实现对温度的检测。集成温度传感器实质上是一种半导体集成电路。它从20世纪80年代开始进人市场,由于其线性度好、灵敏度高、精度适中、响应较快、体积小、使用简便等优点,因而得到广泛应用。
输出形式:电压输出:灵敏度10mV/K,0K时输出0V,25摄氏度输出2.9815V。电流输出:灵敏度1uA/K,25摄氏度电阻上的输出电压为298.15mV。
选用时应参考关心的性能指标:
3、应用举例——AN6701特点:高灵敏度、线性度好、精度高、响应比较快测温范围:-10~80℃在被测温度为零时,其输出电压可以通过调整外接电阻Rc来任意设定,而其灵敏度(又称温度系数)比一般集成温度传感器约高10倍
它由温度敏感部分、偏置温度调整和输出缓冲部分组成
AN6701的应用电路注意的是,AN6701的输出电压是以为基准,而不是以地电位(GND)为基准,即输出电压为
AN6701的特性:(1)
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