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电阻变化型温度传感器的输入转换电路

发布时间:2009-01-03 12:15:10  来源:    作者:电磁阀专家   更新20200404 215041

此种形式之传感器会因物理量的变化,而造成电阻的变化,如白金感温电阻,一般其阻抗变化可表示为如下线性式:

R(T)=R(0)+aT
 
其基本的转换电路有分压法、电阻电桥法、定电流负载接地法、定电流负载浮接法、有源电桥法等五种。
1.分压法: 
        
在上图(a)与(b)中R(T)为传感器因物理量变化产生的电阻变化量;R为分压电阻;Vref为稳定的电压源;VA(T)VB(T)则为由R(T)所转换而来的电压值。故可知 
 
 
对图(a)而言,当R>>R(T)时,则 
 
此时VA(T)之大小正比于R(T)之大小变化,可近似为一线性关系式,但由于R>>R(T),因此VA(T)灵敏度很小。然而若R越小,则虽VA(T)R(T)之变化灵敏度可变大,但其线性误差也越大,即VA(T)R(T)之关系式愈呈非线性关系。
2.电阻电桥法: 
 
在上图中之电阻电桥是惠斯登电阻电桥。由电桥的分压可知


 
若令R1=R2=R且R3=R(0),则输出电压 
 
其中,R(0)为传感器在0℃时之电阻值。
由于传感器的电阻变化可以表示为
R(T)=R(0)+αT
则输出电压可表示为 
 
 
R+R(0)>>aT时,则感测电路的输出电压可简化为


 
若进一步假设,则感测电路的输出电压可更简化为


 
因此,为满足上两情况,若R1=R2=R的电阻值要越大,则可使V(T)与温度值T间的线性度越好,但灵敏则将会变小,因而使得输出电压值V( T)易受杂讯的影响。
3.定电流负载接地法
此法是以一个极稳定的定电流I ref流过传感器电阻R(T),R(T)上所产生的压降值V(T)即为物理量的变化值。如下图所示,


 
因此,输出电压值为
V(T)=I ref ×R(T)=I ref ×(R(0)+αT)
在上式中,输出电压V(T)和温度T间为线性关系式。但此法最大的问题在于,要得到稳定的负载接地之定电流源并不容易。
4.定电流负载浮接法
如下两图所示,

其中差异仅在于输入之参考电压。
 
由于运算放大器之输入正负两极间阻抗很大,因此 
 
其中,Vref须为稳定电压源,而R1则为固定电阻,故I ref即可成为稳定电流源。由虚短路可知v- = v+ = 0 Volt,所以
V(T)=I ref ×R(T)
    =I ref ×(R(0)+αT)
由于I ref是定电流,因此输出电压V(T)与温度T间为线性关系式,但此种方法会因v+直接接地,而易受杂讯干扰。
5.有源电桥法
此法电路如下图。与定电流负载浮接法相比较,其差异在于v+并不是直接接地,因此可避免杂讯干扰。 
  
由虚短路可知
所以 
  


      
由于运算放大器之正负两极间阻抗很大,故 
  
  
  
 
因此,可得


 
R2=KP1则 
 
 
由于V ref是定电压,因此输出电压V(T)与温度T间为线性关系式。


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