傳感器優(yōu)秀課件

1、傳感器優(yōu)秀課件 第第2 2章章 電阻式傳感器及其信號(hào)調(diào)理電阻式傳感器及其信號(hào)調(diào)理 2.1 2.1 電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片 2.2 2.2 其它電阻式傳感器其它電阻式傳感器 2.3 2.3 電阻式傳感器的信號(hào)調(diào)理電阻式傳感器的信號(hào)調(diào)理 傳感器優(yōu)秀課件 n電阻式傳感器的基本原理是依據(jù)某種物理、化學(xué) 或生物效應(yīng)將某種非電量的變化轉(zhuǎn)換成傳感元件 電阻值的變化，再經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換電路將電阻值的變化 變成電信號(hào)輸出，從而完成非電量的電測(cè)量。 n電阻式傳感器的類型包括熱電阻、應(yīng)變片、熱敏 電阻、濕敏電阻、光敏電阻、氣敏電阻等。 傳感器優(yōu)秀課件 n2.1 電阻應(yīng)變片 n2.1.1 電阻應(yīng)變片的工作原理應(yīng)變效應(yīng) n電阻應(yīng)

2、變片基于金屬材料的應(yīng)變效應(yīng)。因形變而 使其阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。 n對(duì)于橫截面均勻的導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)，其電阻為 n n兩邊進(jìn)行微分運(yùn)算，求得其電阻相對(duì)變化 A L R d A dA l dl R dR 傳感器優(yōu)秀課件 圖圖2-1 2-1 導(dǎo)體受拉伸后的參數(shù)變化導(dǎo)體受拉伸后的參數(shù)變化 傳感器優(yōu)秀課件 n軸向線應(yīng)變或縱向線應(yīng)變 n n面應(yīng)變 n n負(fù)號(hào)表示面應(yīng)變與線應(yīng)變成正比，但是變化方 向相反。 n n綜合得 l dl l 22 r dAdr Ar rdr ldl rdr/ / / 0 ) / / 21 ()21 (K l l lll l R R 傳感器優(yōu)秀課件 n2.1.2 電阻

3、應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)、種類 n1 電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu) n電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)如圖所示，由敏感柵(金屬 絲或箔)、基底、覆蓋層、粘合劑、引出線等 組成。 傳感器優(yōu)秀課件 圖圖2-2 2-2 金屬電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)金屬電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu) 傳感器優(yōu)秀課件 n2 電阻應(yīng)變片的種類 n按敏感柵的結(jié)構(gòu)形式，金屬電阻應(yīng)變片可分為 絲式、箔式、薄膜式等。 圖圖2-3 2-3 金屬應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)形式金屬應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)形式 傳感器優(yōu)秀課件 n2.1.3 電阻應(yīng)變片的主要特性 n1 靈敏系數(shù) n靈敏系數(shù)為應(yīng)變片的電阻相對(duì)變化與試件主應(yīng)力 方向的應(yīng)變之比。 n電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)與單純的電阻絲的靈敏系 數(shù)是不相同的,原因： (1) 試件的

4、形變是通過(guò)剪力傳到敏感柵上的。 (2) 柵絲沿長(zhǎng)度方向承受縱向應(yīng)變時(shí)，應(yīng)變片彎角 部分承受橫向應(yīng)變，其截面積變大，則應(yīng)變片直 線部分電阻增加時(shí)，彎角部分的電阻值減少，也 使應(yīng)變片的靈敏度下降。 傳感器優(yōu)秀課件 n2 橫向效應(yīng) n橫向效應(yīng)：沿應(yīng)變片軸向的應(yīng)變 必然引起應(yīng) 變片電阻的相對(duì)變化，而沿垂直于應(yīng)變片軸向的 橫向應(yīng)變 也會(huì)引起其電阻的相對(duì)變化。 n3 機(jī)械滯后，零漂及蠕變 n應(yīng)變片安裝在試件上以后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，在一定的 溫度下，在零到某一指定應(yīng)變之間的應(yīng)變范圍內(nèi)， 作出應(yīng)變片電阻相對(duì)變化與試件機(jī)械應(yīng)變之間加 載和卸載的特性曲線，二者并不重合，這種現(xiàn)象 稱為應(yīng)變片的機(jī)械滯后。 n產(chǎn)生機(jī)械滯后的

5、原因，主要是金屬絲、粘結(jié)劑和 基底在承受機(jī)械應(yīng)變后都留有殘余變形。 x y 傳感器優(yōu)秀課件 n零漂：已粘貼的應(yīng)變片，在溫度保持恒定、試件 上沒(méi)有應(yīng)變的情況下，應(yīng)變片的指示應(yīng)變會(huì)隨時(shí) 間的增長(zhǎng)而逐漸變化，此變化就是應(yīng)變片的零點(diǎn) 漂移。 n蠕變：已粘貼的應(yīng)變片，在溫度保持恒定時(shí)，承 受某一恒定機(jī)械應(yīng)變長(zhǎng)時(shí)間的作用，應(yīng)變片的指 示應(yīng)變會(huì)隨時(shí)間而變化。 n在應(yīng)變片工作時(shí)，零漂和蠕變是同時(shí)存在的。在 蠕變值中包含著同一時(shí)間內(nèi)的零漂值，這兩項(xiàng)指 標(biāo)都是用來(lái)衡量應(yīng)變片特性對(duì)時(shí)間的穩(wěn)定性，在 長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量時(shí)其意義突出。 傳感器優(yōu)秀課件 n4 溫度效應(yīng) n環(huán)境溫度變化時(shí)，會(huì)引起粘貼到試件上的電阻應(yīng)變 片阻值的變化

6、。從電信號(hào)方面看，似乎發(fā)生了應(yīng)變， 即產(chǎn)生了虛假應(yīng)變，這種現(xiàn)象稱為溫度效應(yīng)。 n溫度改變引起電阻變化的主要因素有二：其一是應(yīng) 變片電阻絲的溫度系數(shù)；其二是電阻絲材料與試件 材料的線膨脹系數(shù)不同。 n5 應(yīng)變極限 n指當(dāng)溫度一定時(shí)，指示應(yīng)變和真實(shí)應(yīng)變的相對(duì)差值 不超過(guò)一定數(shù)值時(shí)的最大真實(shí)應(yīng)變數(shù)值。一般規(guī)定 此差值為10，即指示應(yīng)變數(shù)值為真實(shí)應(yīng)變的90 時(shí)的真實(shí)應(yīng)變值稱為應(yīng)變片的極限。 傳感器優(yōu)秀課件 n6 電阻應(yīng)變片的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性 n動(dòng)態(tài)應(yīng)變是以應(yīng)變波的形式在試件中傳播的， 它的傳播速度V與聲波相同。 圖圖2-4 2-4 應(yīng)變波應(yīng)變波 傳感器優(yōu)秀課件 n2.1.4 電阻應(yīng)變片的粘貼技術(shù) n應(yīng)變片

7、的粘貼步驟如下： n(1) 應(yīng)變片的檢查與選擇。 n(2) 試件的表面處理。 n(3) 底層處理。 n(4) 貼片。 n(5) 固化。 n(6) 粘貼質(zhì)量檢查。 n(7) 引線焊接與組橋連線。 傳感器優(yōu)秀課件 n2.1.5 電阻應(yīng)變片的典型應(yīng)用舉例 n電阻應(yīng)變片主要有以下兩種應(yīng)用方式： n1) 被測(cè)量為應(yīng)變 n2) 被測(cè)量為除應(yīng)變外的其他非電量 n力可以通過(guò)實(shí)心軸、空心軸、懸臂梁、雙端固 支梁等結(jié)構(gòu)型式的敏感器轉(zhuǎn)換為應(yīng)變。 n如圖2-5所示為實(shí)心軸，通過(guò)材料力學(xué)知識(shí)的 推導(dǎo)，可得軸向應(yīng)變和徑向應(yīng)變分別為 AE F l AE F r 傳感器優(yōu)秀課件 圖圖2-5 2-5 實(shí)心軸力敏感器實(shí)心軸力敏感

8、器 傳感器優(yōu)秀課件 圖2-6所示為采用實(shí)心軸力敏感器的電阻應(yīng)變 式力傳感器，是通過(guò)將應(yīng)變片粘貼到受力的實(shí) 心軸力敏感器上而構(gòu)成的。 圖圖2-6 2-6 應(yīng)變式力傳感器示意圖應(yīng)變式力傳感器示意圖 傳感器優(yōu)秀課件 n2.2 其它電阻式傳感器 n2.2.1 壓阻式傳感器 n半導(dǎo)體材料受到應(yīng)力作用時(shí)，其電阻率會(huì)發(fā)生 變化，這種現(xiàn)象稱為“壓阻效應(yīng)”。 d 傳感器優(yōu)秀課件 n設(shè)E為半導(dǎo)體材料的彈性模量 n n同樣，由電阻定律表達(dá)式可推出半導(dǎo)體材料壓 阻效應(yīng)的定量表達(dá)式 n n對(duì)于半導(dǎo)體材料 ，因此 E A F s KE R dR R R )21( )21 (E s KE R R 傳感器優(yōu)秀課件 n依據(jù)半導(dǎo)

9、體的壓阻效應(yīng)，制成兩類傳感器。一類 是利用半導(dǎo)體材料的體電阻制成粘貼式應(yīng)變片， 制作成半導(dǎo)體應(yīng)變式傳感器。另一類是在半導(dǎo)體 材料的基片上用集成電路工藝制成擴(kuò)散電阻，作 為測(cè)量傳感元件，亦稱擴(kuò)散型壓阻式傳感器。 n壓阻式傳感器的優(yōu)點(diǎn)是： 靈敏度非常高，有時(shí)傳感器的輸出不需放大可直 接用于測(cè)量； 分辨率高，測(cè)壓力時(shí)可測(cè)10Pa至20Pa的微壓； 元件有效面積可做得很小，故頻率響應(yīng)高； 可測(cè)量低頻加速度與直線加速度。 n壓阻式傳感器的最大缺點(diǎn)是溫度誤差較大。 傳感器優(yōu)秀課件 n2.2.2 熱電阻 n利用電阻隨溫度變化的特性制成的傳感器叫做電 阻式溫度傳感器，按采用的電阻材料可分為金屬 熱電阻和半導(dǎo)體

10、熱敏電阻兩大類。 n制作溫度敏感元件的電阻材料要滿足以下要求： 要有盡可能大而且穩(wěn)定的電阻溫度系數(shù)； 電阻率大，以便在同樣靈敏度下減小元件尺寸； 電阻溫度系數(shù)要保持單值，并且最好是常數(shù)，以 保證電阻隨溫度變化的線性關(guān)系； 性能要穩(wěn)定，在電阻的使用范圍內(nèi)，其物理、化 學(xué)性能基本保持不變。 n廣泛應(yīng)用的熱電阻材料有鉑、銅、鎳、鐵等。 傳感器優(yōu)秀課件 n1 鉑熱電阻傳感特性 n鉑易于提純，復(fù)制性好； n在氧化性介質(zhì)中，甚至高溫下，其物理化學(xué)性質(zhì) 極其穩(wěn)定； n但在還原性介質(zhì)中，特別是在高溫下很容易被從 氧化物中還原出來(lái)的蒸汽所沾污，使鉑絲變脆， 并改變了它的電阻與溫度的關(guān)系。 n鉑電阻溫度計(jì)的使用范

11、圍是-200-850。 n鉑熱電阻已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,常用分度號(hào)為PT100 傳感器優(yōu)秀課件 n當(dāng)溫度在-200-0范圍內(nèi)時(shí)，鉑熱電阻和溫度 的關(guān)系為 當(dāng)溫度在0-850范圍內(nèi)時(shí)，鉑熱電阻和溫度 的關(guān)系為 n式中 t 攝氏溫標(biāo)下的溫度值； Rtt時(shí)的阻值；R00時(shí)的阻值； A常數(shù)， B常數(shù)， C常數(shù)， )100(1 32 0 ttCBtAtRRt )1 ( 2 0 BtAtRRt 31 3.90802 10C 72 5.802 10C 124 4.27350 10C 傳感器優(yōu)秀課件 n2 銅熱電阻傳感特性 n銅熱電阻的溫度系數(shù)比鉑熱電阻大，價(jià)格低，而 且易于提純； n但存在著電阻率小，機(jī)械強(qiáng)度差等弱點(diǎn)

12、。 n銅熱電阻已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,常用分度號(hào)為0 n銅熱電阻在-50150的使用范圍內(nèi)，其電阻 值與溫度的關(guān)系近似線性關(guān)系，可表示為 式中 Rt溫度為t時(shí)的阻值； R0溫度為0時(shí)的阻值； 電阻溫度系數(shù)， )1 ( 0 tRRt 31 4.25 10C 31 4.2810C 傳感器優(yōu)秀課件 圖圖2-92-9熱電阻的結(jié)構(gòu)熱電阻的結(jié)構(gòu) 3 熱電阻的結(jié)構(gòu) 熱電阻主要由電阻體、絕緣套管和接線盒等組成。 電阻體主要組成部分為電阻絲、引出線、骨架等。 傳感器優(yōu)秀課件 n2.2.3 熱敏電阻 n熱敏電阻是利用半導(dǎo)體材料的電阻率隨溫度變 化而變化的性質(zhì)制成的。 1 傳感特性 n熱敏電阻可分為負(fù)溫度系數(shù)NTC型熱敏電阻、

13、 正溫度系數(shù)PTC型熱敏電阻、臨界溫度系數(shù)CTR 型熱敏電阻三種。 傳感器優(yōu)秀課件 圖圖2-11 2-11 熱敏電阻的傳感特性熱敏電阻的傳感特性 傳感器優(yōu)秀課件 n2 伏安特性 n靜態(tài)情況下熱敏電阻上的端電壓與通過(guò)熱敏電 阻的電流之間的關(guān)系稱為伏安特性。 圖圖2-12 2-12 熱敏電阻的伏安特性熱敏電阻的伏安特性 傳感器優(yōu)秀課件 n3 主要參數(shù) n（1）標(biāo)稱電阻值RH n（2）耗散系數(shù) n（3）電阻溫度系數(shù) n（4）熱容 n（5）能量靈敏度 n（6）時(shí)間常數(shù) n（7）額定功率 傳感器優(yōu)秀課件 n熱敏電阻有以下優(yōu)點(diǎn)： n靈敏度高。半導(dǎo)體的電阻溫度系數(shù)比金屬大， 一般是金屬的十幾倍； n體積小、

14、熱慣性小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單?？筛鶕?jù)不同 要求，制成各種形狀； n化學(xué)穩(wěn)定性好，機(jī)械性能好，價(jià)格低廉，壽 命長(zhǎng)。 n熱敏電阻的缺點(diǎn)是復(fù)現(xiàn)性和互換性差，非線性 嚴(yán)重。 傳感器優(yōu)秀課件 圖圖2-13 2-13 利用熱敏電阻測(cè)量流量利用熱敏電阻測(cè)量流量 傳感器優(yōu)秀課件 n2.2.4 氣敏電阻 n半導(dǎo)體氣敏電阻是用氧化鋅、氧化錫等金屬氧 化物材料制作的敏感元件，利用其阻值的變化 來(lái)檢測(cè)氣體的濃度。 n1 基本結(jié)構(gòu) n直熱式氣敏電阻元件制作工藝簡(jiǎn)單、成本低、 功耗小，可在較高回路電壓下使用，可制成價(jià) 格低廉的可燃?xì)怏w泄漏報(bào)警器。 傳感器優(yōu)秀課件 圖圖2-14 2-14 直熱式氣敏電阻直熱式氣敏電阻 傳感器優(yōu)秀課件

15、 n2 工作原理 n燒結(jié)型SnO2氣敏元件是表面電阻控制型 氣敏元件。 圖圖2-152-15半導(dǎo)體氣敏電阻的傳感特性示意圖半導(dǎo)體氣敏電阻的傳感特性示意圖 傳感器優(yōu)秀課件 n2.2.5光敏電阻 n1 傳感原理內(nèi)光電效應(yīng) n光敏電阻的阻值與其受到的光的照度有關(guān)。無(wú)光 照時(shí)，光敏電阻阻值很高，有光照時(shí)，其阻值大 大下降，光照越強(qiáng)其阻值越低；光照停止，又恢 復(fù)高阻狀態(tài)。其依據(jù)是半導(dǎo)體材料所具有的光電 導(dǎo)效應(yīng)。 圖圖2-16 2-16 內(nèi)光電效應(yīng)示意圖內(nèi)光電效應(yīng)示意圖 傳感器優(yōu)秀課件 n2 光敏電阻的種類 n(1) 檢測(cè)紫外光的光敏電阻 n(2) 檢測(cè)可見光的光敏電阻 n(3) 檢測(cè)紅外光的光敏電阻 傳

16、感器優(yōu)秀課件 n3 光敏電阻的基本特性 n(1)光譜特性 n光敏電阻的光譜特性是指光電流對(duì)不同波長(zhǎng)單 色光的相對(duì)靈敏度。 圖圖2-17 2-17 光敏電阻的光譜特性光敏電阻的光譜特性 傳感器優(yōu)秀課件 n（2） 光照特性 n光敏電阻的光照特性是指在一定的電壓下，光 電流I與光照強(qiáng)度E的關(guān)系。 圖圖2-18 2-18 光敏電阻的光照特性光敏電阻的光照特性 傳感器優(yōu)秀課件 n(3) 伏安特性 n光敏電阻的伏安特性是指在一定強(qiáng)度的光照下， 光敏電阻的端電壓與光電流的關(guān)系。 圖圖2-19 2-19 光敏電阻的伏安特性光敏電阻的伏安特性 傳感器優(yōu)秀課件 n（4) 頻率特性 n頻率特性指光敏電阻上的光電流對(duì)

17、入射光調(diào)制 頻率的響應(yīng)特性。 圖圖2-20 2-20 光敏電阻的頻率特性光敏電阻的頻率特性 傳感器優(yōu)秀課件 n(5) 溫度特性 n溫度特性指光敏電阻工作特性受溫度的影響。 圖圖2-21 2-21 光敏電阻的溫度特性光敏電阻的溫度特性 傳感器優(yōu)秀課件 n2.2.6 磁敏電阻 n磁敏電阻的阻值隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化而變化。 圖圖2-22 InSb2-22 InSb磁敏電阻的基本結(jié)構(gòu)磁敏電阻的基本結(jié)構(gòu) 傳感器優(yōu)秀課件 圖圖2-23 InSb2-23 InSb磁敏電阻的特性曲線磁敏電阻的特性曲線 傳感器優(yōu)秀課件 為提高磁敏電阻的阻值，往往采用曲折型結(jié)構(gòu) 圖圖2-24 2-24 曲折型結(jié)構(gòu)磁敏電阻曲折型結(jié)構(gòu)磁

18、敏電阻 磁敏電阻直接測(cè)量的非電量是磁感應(yīng)強(qiáng)度。若某種 非電量能夠借助敏感元件轉(zhuǎn)換為磁感應(yīng)強(qiáng)度，則也 可用磁敏電阻完成該非電量的檢測(cè)。例如，可采用 磁敏電阻檢測(cè)位移、角度、電流、電功率等。 傳感器優(yōu)秀課件 n2.3 電阻式傳感器的信號(hào)調(diào)理 n2.3.1 惠斯登電橋 n1 直流電橋與交流電橋 n在人工靜態(tài)應(yīng)變測(cè)量中可采用平衡電橋，通過(guò) 對(duì)調(diào)節(jié)臂電阻的手動(dòng)調(diào)節(jié)，使電橋達(dá)到平衡， 用調(diào)節(jié)臂電阻的阻值表示被測(cè)應(yīng)變值。 n電橋有直流電橋與交流電橋之分。 傳感器優(yōu)秀課件 n2 直流電橋 n 時(shí)，稱為等臂電橋； n ， ( )時(shí)，稱為輸 出對(duì)稱電橋。 n ， ( )時(shí)，稱為電 源對(duì)稱電橋。 1234 RRRR

19、R 12 RRR 340 RRR 0 RR 14 RRR 230 RRR 0 RR 傳感器優(yōu)秀課件 n電橋輸出電壓為 n電橋平衡條件為 314231 12341234 ()() scacbc RR RR RR UUUUUU RRRRRRRR 312124 2 121234 () sc RR RRRR UU RRRRRR 31 24 RR RR 傳感器優(yōu)秀課件 圖圖2-262-26單臂工作電橋單臂工作電橋 R RU U SC 4 傳感器優(yōu)秀課件 圖圖2-27 2-27 雙臂電橋雙臂電橋圖圖2-28 2-28 四壁電橋四壁電橋 R RU U SC 2 R R UU SC 傳感器優(yōu)秀課件 n3 3

20、交流電橋交流電橋 n交流電橋的一般形式如圖交流電橋的一般形式如圖2-302-30所示。所示。 圖圖2-30 2-30 交流電橋的一般形式交流電橋的一般形式 傳感器優(yōu)秀課件 與分析直流電橋的分析方法、結(jié)論表達(dá)形式完 全相同。同理也可推出交流供電的單臂、全橋 時(shí)的表達(dá)式。交流電橋初始調(diào)平衡更為復(fù)雜些， 一般既有電阻預(yù)調(diào)平衡，也有電容預(yù)調(diào)平衡。 傳感器優(yōu)秀課件 n2.3.2 測(cè)量放大電路 n1 實(shí)際運(yùn)算放大電路分析 n目前集成運(yùn)算放大器在開環(huán)增益和輸入電阻上 大多可以接近理想運(yùn)算放大器。在一般放大電 路的設(shè)計(jì)中采用虛短和虛斷的概念是允許的。 n對(duì)于交流放大電路，主要關(guān)心的是交流信號(hào)的 幅值。多級(jí)放大

21、電路的各級(jí)之間一般有隔直措 施，此時(shí)主要關(guān)注的是電路的頻率特性。 傳感器優(yōu)秀課件 圖圖2-31 2-31 輸入電流的影響分析輸入電流的影響分析 理想運(yùn)算放大器兩輸入端的輸入電流為零，實(shí)際運(yùn) 算放大器兩輸入端的輸入電流卻不可能為零。 傳感器優(yōu)秀課件 圖圖2-32 2-32 改進(jìn)的反相和同相放大器改進(jìn)的反相和同相放大器 圖圖2-33 2-33 輸入失調(diào)電壓影響分析輸入失調(diào)電壓影響分析 傳感器優(yōu)秀課件 對(duì)差動(dòng)輸入放大器進(jìn)行討論。輸出電壓中存在 一個(gè)數(shù)值為ZfZ1(Ui+-Ui-)的項(xiàng)，該項(xiàng)正比于 差分輸入信號(hào)，是差動(dòng)放大器期望的輸出結(jié)果。 但是在輸出結(jié)果中還存在始終等于同相輸入U(xiǎn)i+ 的另一項(xiàng)，這使

22、得輸出電壓與差分輸入電壓呈 非線性關(guān)系。 傳感器優(yōu)秀課件 n圖2-34為改進(jìn)的差動(dòng)放大電路。利用虛短和虛 斷的概念，得到Uo的表達(dá)式為 n令Z2Z1，Z3=Zf n輸出與差分輸入之間的線性關(guān)系。 3 23 3 231 i if i o U Z UZ ZZU Z U ZZZ 1 () oiif UUUZZ 圖圖2-34 2-34 差動(dòng)放大器的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)差動(dòng)放大器的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì) 傳感器優(yōu)秀課件 n2 測(cè)量放大電路的基本要求與類型 n基本要求： n輸入阻抗應(yīng)與傳感器輸出阻抗相匹配； n穩(wěn)定的放大倍數(shù)； n低噪聲； n低的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流以及低的漂移； n足夠的帶寬和轉(zhuǎn)換速率(無(wú)畸變地放大瞬態(tài)信號(hào)

23、)； n高共模輸入范圍(如達(dá)幾百伏)和高共模抑制比； n可調(diào)的閉環(huán)增益； n線性度好、精度高； n成本低。 n按測(cè)量放大電路的結(jié)構(gòu)原理可分為差動(dòng)直接耦合式、 調(diào)制式和自動(dòng)穩(wěn)定式三大類。 傳感器優(yōu)秀課件 n3 典型測(cè)量放大電路的工作原理 n當(dāng)傳感器的工作環(huán)境惡劣時(shí)，傳感器的輸出有 各種噪聲，共模干擾很大，而傳感器的輸出信 號(hào)弱、輸出阻抗大時(shí)，一般運(yùn)放已不能勝任， 在這種情況下可用儀器放大器對(duì)差值信號(hào)進(jìn)行 放大。 n儀器放大器輸入阻抗高，易于與各種信號(hào)源相 匹配。它的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流及輸 入偏置電流小，并且溫漂小，時(shí)間漂移小，因 而穩(wěn)定性好。它的共模抑制比高，適于在高共 模電壓的背景下對(duì)

24、微小差值信號(hào)進(jìn)行放大。 傳感器優(yōu)秀課件 n（1）儀器放大器的工作原理 n圖2.45是儀器放大器的原理圖。由運(yùn)算放大器 A1和A2構(gòu)成第1級(jí)，由運(yùn)放A3構(gòu)成第級(jí)。各 運(yùn)放一般是高性能放大器。 圖圖2-35 2-35 三運(yùn)放儀器放大器原理圖三運(yùn)放儀器放大器原理圖 傳感器優(yōu)秀課件 n4 單片集成測(cè)量放大器 n近年來(lái)，利用線性集成電路先進(jìn)工藝而設(shè)計(jì)制 成的單片集成測(cè)量放大器。 圖圖2-36 AD6122-36 AD612集成測(cè)量放大器內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)集成測(cè)量放大器內(nèi)部電路結(jié)構(gòu) 傳感器優(yōu)秀課件 圖圖2-37 AD6122-37 AD612集成測(cè)量放大器和測(cè)量電橋的接線圖集成測(cè)量放大器和測(cè)量電橋的接線圖 傳感

25、器優(yōu)秀課件 圖圖2-38 AD521R2-38 AD521R、S S端的連接端的連接 a)a)接有遠(yuǎn)距離負(fù)載接有遠(yuǎn)距離負(fù)載 b)b)輸出端接有跟隨器輸出端接有跟隨器 傳感器優(yōu)秀課件 n2.3.3 多功能傳感信號(hào)調(diào)理電路AD693 nAD693是ADI公司推出的一種單片信號(hào)調(diào)理器， 它具有高精度、多功能的特點(diǎn)。其用途十分廣 泛，使用也非常靈活； n可用做小信號(hào)U/I轉(zhuǎn)換器，還可作為各種傳感 器(例如鉑熱電阻、熱電偶、電阻應(yīng)變片測(cè)量 電橋)的信號(hào)調(diào)理器。 nAD693適用于傳感測(cè)試系統(tǒng)、工業(yè)過(guò)程控制及 自動(dòng)化儀表領(lǐng)域。 nAD693的同類產(chǎn)品為AD694，AD694適合接收高 電平輸入信號(hào)，但芯片

26、內(nèi)部沒(méi)有備用放大器。 傳感器優(yōu)秀課件 n1 AD693的性能特點(diǎn) n內(nèi)含可編程輸入放大器、U/I轉(zhuǎn)換器和多路輸出 式基準(zhǔn)電壓源。 n輸出電流有三種形式：4mA20mA(單極性)，0 20mA(單極性)，12mA8mA(雙極性)。 n輸入電壓范圍和電流零點(diǎn)均可單獨(dú)調(diào)節(jié)，二者互 不影響。用戶可根據(jù)需要靈活設(shè)計(jì)輸入電壓范圍。 n高精度。 n利用芯片中的備用放大器，可對(duì)由鉑熱電阻 (PRTD)、各種熱電偶及電阻應(yīng)變片橋路所產(chǎn)生的信 號(hào)進(jìn)行調(diào)理(包括緩沖、放大、與其他信號(hào)進(jìn)行組 合等)。 傳感器優(yōu)秀課件 n帶Ptl00型PRTD接口，配鉑熱電阻時(shí)的測(cè)溫誤差 為0.5。 n利用外部電阻可選配不同類型的熱電

27、偶并設(shè)定 最高測(cè)量溫度。 n具有過(guò)電流保護(hù)和反向過(guò)電壓保護(hù)功能。 nAD693通常由環(huán)路電源供電，特殊情況下也可由 本地電源單獨(dú)供電。 n2 AD693的工作原理 nAD693采用DIP20陶瓷封裝或LCCC20扁平封裝， 其引腳排列及內(nèi)部電路框圖如圖2-39所示。 n（1）可編程輸入放大器 n輸入放大器有兩個(gè)作用，一是進(jìn)行緩沖放大，二 是用來(lái)設(shè)定輸入電壓范圍。 傳感器優(yōu)秀課件 圖圖2-39 AD6932-39 AD693的引腳排列及內(nèi)部電路框圖的引腳排列及內(nèi)部電路框圖 傳感器優(yōu)秀課件 （a a） (b) (c) (d)(b) (c) (d) 圖圖2-40 2-40 設(shè)定不同輸入電壓范圍的設(shè)定不同輸入電壓范圍的