转换电路与智能传感器

《转换电路与智能传感器》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第八章中间转换电路被测物理量通过信号检测传感器后转换为电参数或电量。其中电阻、电感、电容、电荷、频率等还需要进一步转换为电压或电流。一般情况下电压、电流还需要放大。这些功能都由中间转换电路来实现。因此，中间转换电路是信号检测传感器与测量记录仪表和计算机之间的重要桥梁。1中间变换电路主要作用：⑴将信号检测传感器输出的微弱信号进行放大、滤波，以满足测量、记录仪表的需要；⑵完成信号的组合、比较，系统间阻抗匹配及反向等工作，以实现自动检测和控制；⑶完成信号的转换。在信号检测技术中，常用的中间转换电路有电桥、放大器、滤波器、调频电路、阻抗匹配电路等。21、概念电桥是将电阻、电感、

2、电容等参数的变化变换为电压或电流输出的一种测量电路。2、优点灵敏度高、测量范围宽、容易实现温度补偿等。3、分类：直流电桥、交流电桥当电桥输出端接入的仪表或放大器的输入阻抗足够大时，可认为其负载阻抗为无穷大。这时把电桥称为电压桥；当其输入阻抗与内电阻匹配时，满足最大功率传输条件，这时电桥被称为功率桥或电流桥。8.1电桥38.1.1直流电桥直流电桥的桥臂只能为电阻，如图所示。电阻R1、R2、R3、R4作为四个桥臂，在A、C端(称为输入端，电源端)接入直流电源U0，在B、D端(称为输出端，测量端)输出电压UBD。测量时常用等臂电桥，即R1＝R2＝R3＝R4，或电源端对称电桥，

3、即R1＝R2，R3＝R4。4直流电桥的平衡条件5直流电桥的和差特性设电桥四臂增量分别为ΔR1、ΔR２、ΔR３、ΔR４，则电桥的输出为6直流电桥组桥时，应变片的灵敏系数K必须一致，上式又可写成上式在应变测量中非常重要。它表明各桥臂应变对电桥输出的影响，相对桥臂的应变值相加，相邻桥臂的应变值相减，有人又将其简称为加减特性。三种典型桥路的输出特性（1）单臂电桥：当R1为工作应变片，其他的为固定电阻时的桥路称为单臂电桥，只有电阻值发生变化，此时的输出电压：7（2）半桥：当相邻的两个电阻为应变片，其它两个为固定电阻时的桥路称为半桥。此时输出电压：（3）全桥：四个臂全为工作应变片的

4、桥路称为全桥，此时的输出电压为：从上面的介绍，我们可以看到单臂电桥、半桥、全桥的输出电压之比为：88.1.2交流电桥交流电桥平衡条件：9由传感器输出的信号通常需要进行电压放大或功率放大，以便对信号进行检测，因此必须采用放大器。放大器的种类很多，使用时应根据被测物理量的性质不同而合理选择（例如热电耦测温度时的热电势信号），如对变化缓慢、非周期性的微弱信号，可以选用直流放大器或调制放大器。对压电式传感器常配有电荷放大器。放大器应满足：（1）放大倍数大且线性度好；（2）抗干扰能力强且内部噪声低；（3）动态响应快；（4）输入阻抗高以保证测量精度；（5）输出阻抗低使之有足够的输出

5、功率。8.2放大器10在放大电路中，运算放大器是应用最广泛的一种模拟电子器件。其特点是输入阻抗高、增益大、可靠性高、价格低廉、使用方便。一个理想的运算放大器具有以下性质：1、开环增益为无穷；2、输入阻抗为无穷；3、输出阻抗为零；4、带宽为无穷；5、干扰噪声等于零。8.2.1运算放大器11反相放大器是最基本的电路，如下图所示。其闭环电压增益Av为：反馈电阻RF值不能太大，否则会产生较大的噪声及漂移，一般为几十千欧至几百千欧。R1的取值应远大于信号源Ui的内阻。反相放大器12同相放大器也是最基本的电路，如下图所示。其闭环电压增益Av为同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻抗很

6、低的特点，广泛用于前置放大级。同相放大器同相放大器138.2.2差动放大器当运算放大器的反相端和同相端分别输入信号U1和U2时（如图所示），输出电压U0为R1=R2，RF=R3时为差动放大器，其差模电压增益为14当R1=R2=RF=R3时，为减法器，输出电压为：U0=U2-U1。。由于差动放大器具有双端输入、单端输出、共模抑制比较高（R1=R2，RF=R3）的特点，通常用作传感放大器或测量仪器的前端放大器。158.2.3测量放大器运算放大器对微弱信号的放大，仅适用于信号回路不受干扰的情况。然而，传感器的工作环境往往比较恶劣和复杂，在传感器的两条输入线上经常产生较大的干扰

7、信号，有时是完全相同的共模干扰。对微弱信号及具有较大共模干扰的场合，可采用测量放大器（或称仪用放大器、数据放大器）进行放大。16测量放大器测量放大器的基本电路：17测量放大器放大器由两级串联。前级由两个同向放大器组成，为对称结构，输入信号加在前两个运放的同向输入端，从而具有高抑制共模干扰的能力和高输入阻抗。后级是差动放大器，它不仅切断共模干扰的传输，还将双端输入方式变换成单端输入方式，以适应对地负载的需要。差动放大器的输入Ui’为：18测量放大器测量放大器的放大倍数可由下式计算：R4是用于调节放大倍数的外接电阻，通常采用多圈电位器，并应靠