§3-1～2电阻传感器的信号调节.pptVIP

2004-9-14 第二章 电阻式传感器 2－1 §3电阻式传感器的信号调节 电阻式传感器是应用规模最大的一类传感器。 §3-1电阻的测量 §3-2分压器 §3-2-1电位器 §3-2-2用于热敏电阻 §3-2-3动态测量 §3-2-4分压器的放大器 §3-1 电阻的测量 1 电阻变化的一般表达式 传感器对被测对象响应时的电阻变化的普遍方程为： R=R0 f(x) 对于线性传感器： R = R0 ( 1 + x ) 2-5-1 x的值取决于传感器的类型和被测对象的变化范围。 电位器：0～－1 应变片：0.00001 热敏电阻：适中 2对调节电路的两个要求 需要电压或电流驱动以获取有用信号； 供电电源信号大小，同时受传感器自热影响。 3输出信号最大的条件 在电阻R上的功耗P： P=(V0/(R0+R))2*R 将上式对R的一阶偏导设为零，求相对于R的最大功耗: dP/dR=2（V0/(R0+R))(-V0)R/(R0+R)2 +(V0/(R0+R))2 =(V0/(R0+R))2(R0-R)/(R0+R)=0 由此得到 R=R0时，输出功率最大。 对应的最大功率为 Pmax=V02/4R0 4 导线的影响 5 偏转法和示零法 偏转法检测待测电阻两端的压降或流过待测电阻的电流。 示零法是建立在测量电桥基层上的。 1）恒压源法 2）恒流源法 利用恒流源对电阻供电，然后测量电阻两端的电压。传感器的输出V0呈现线性关系，其电压为 V0=IrR= (Vr/Rr)R0(1+x) 如果x1,V0会是在一个很大的基础电压上的微小起伏。 3）双读数法 首先测量已知电阻Rr两端的电压Vr，再测量未知电阻器R两端的电压Vo： R=Vo/I 其中 I=Vr/Rr 所以 R=VoRr/Vr § 3-2分压器 分压器常用于测量大电阻。 如果Vr已知，电阻Rr的两端的电压表读数为Vo， Vo＝RrVr/（Rr+R) 可计算出 R= Rr（Vr-Vo）/Vo 在分压器上增加一个运算放大器，这样输出就与未知电阻成反比的电路 §3-2-1电位器 理想情况下,电压表具有无穷大内阻时, Vo= Vr α 当电压表具有有限电阻Rm时 Vm=V0 Rm/(R0+Rm)= Vr α /(1+(α*(1- α)/K)) 式中 K=Rm/RT 只有当K1时,才具有线性。 误差在两端为0， 在任意位置的误差为 ε＝（Vm-Vo)/Vo=-(α*(1- α))/(K+ α*(1- α)) 误差在何处最大？，最大值为多少？ 求ε最大位置 dε/d α ＝- (K*(1- 2α))/(K+ α*(1- α))2 ＝0 得α ＝0.5最大。 带入公式得ε最大值为0.25/(K+0.25)。 在中间α=0.5时误差最大,为0.25/(K+0.25)。 不增加Rm而减小误差的方法 将Rm连接在电位器电路的上半部。 用电位器精确调整 不增加Rm而减小误差的方法 将Rm连接在电位器电路的上半部。 用电位器Rx精确调整 采用对称连接的电源 远距离使用电位器的导线影响 三引线电路(Rw1,Rw2,Rw3) Vm(0)=Vr*Rw3/(RT+Rw1+Rw3) Vm(1)=Vr*(RT + Rw3)/(RT+Rw1+Rw3) 消除远距离使用电位器的导线影响 四引线电路(Rw1,Rw2,Rw3,Rw4) Vm(0)=0 Vm(1)=Vr*RT /(RT+Rw1+Rw3) 可消除失调误差 灵敏度同三引线电路 使用AD模数转换器 将电位器的供电电源作为AD转换器的参考电压，测量电位器的输出电压和参考电压之比。 这样即使供电电压发生波动，也不会影响电位器的位置读数精度。 §3-2-2用于热敏电阻 利用分压器线性化热敏电阻 负温度系数热敏电阻可表示为 RT=R0eB(1/T-1/T0) =R0f(T) 与电阻R串联后,电阻R两端的输出电压为 Vo=Vr R/(RT +R) =Vr/(1+ RT /R) =Vr/(1+ (R0 /R)f(T)) 定义s= Ro/R,得到 Vo=Vr/(1+ sf(T)) =Vr F(T) 练习题 左图所示电路是利用Pt100做为传感器（在0℃时电阻为100Ω,α=0.004)的温度计的一部分