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1、传感器检测电路应用与仿真,一、各种传感器的典型应用电路分析和仿真 二、信号处理电路 1）温度补偿电路 2）激励源电路 3）线性化电路 三、传感器与A/D电路的连接问题研究 四、小型智能测控系统的建立,温度传感器典型电路,热电偶 热敏电阻（MF58） AD590（电流温度传感器） LM35(电压温度传感器) DS18B20（数字型传感器）,主要目的,掌握典型的应用电路 对参数指标要求详细的分析 对使用条件、工作环境进行分析 对信号处理电路的失调电压、噪声等进行分析,举例热电偶实验,通过分析，掌握以下内容 1、该性热电偶的工作范围 2、热电偶的初始电压变化率 3、热电偶是否要进行冷端补偿、电路如何
2、实验 4、放大电路中如何解决电压失调问题 5、高放大倍数是如何实现的 6、最终输出的结果是什么？,热电偶的应用,)K型热电耦(铬镍铝镍) 由美国Hoskins公司于公元1906年A.L.Marsh氏开发，其后曾经一再改良，而成为目前工业上最广泛使用，具有高度信赖性之热电耦。,K型热电偶的原始温度变化率是多少?,K型热电偶应用电路,1.K型热电耦的热起电力由图6-7可知约为40V/，故为使输出电压为100mV/，则放大器之电压增益须为2500倍。U1U3为运算放大器所组成的电压放大器，调整VR2的大小，可使得放大器的增益为准确的2500倍。因热电耦的热起电力相当小，使得运算放大器之输出抵补电压会
3、造成甚大的误差，而VR1的主要目的即是调整使运算放大器之输出抵补电压归零。 2.因热电耦两端的输出电压与热接点与冷接点间的温度差成正比，故输出的电压为温度差指示值，如欲使输出为实际温度时，可调整VR3使K2的电压为冷接点温度乘以10mV之冷接点参考电压。,问题,1、各部分的功能 2、放大倍数的计算与实现 3、失调电压 提问： 1）电路用了三级放大，为什么不用一级？ 2）失调电压如何处理 3）冷端补偿用和电路实现，对吗？,2. 计算修正法 用普通室温计算出参比端实际温度TH，利用公式计算 例 用铜-康铜热电偶测某一温度T，参比端在室温环境TH中，测得热电动势EAB(T，TH)=1.999mV，又
4、用室温计测出TH=21,查此种热电偶的分度表可知，EAB(21,0)=0.832mV，故得 EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，T0) =1.999+0.832 =2.831(mV) 再次查分度表，与2.831mV对应的热端温度T=68。,注意:既不能只按1.999mV查表，认为T=49，也不能把49加上21，认为T=70。,EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0),反相比例运算,同相比例运算,一、比例运算电路,三、积分微分电路,四、对数指数电路,基本反相积分,基本反相微分,对数电路,二、加、减法运算电路,反相加法运算,同相加法运算,减法运算,第四节 基本运
5、算电路,指数电路,1 反相比例运算电路,1） 实际电路分析法:,(1)电压增益 由理想运放“虚短”和“虚断”的概念可知 UP= UN=0 IP= IN=0 其中UN被称为“虚地点”。,故称为“虚地点”。因此有 If =I1 将相应变量代入后得,为了保证集成运放输入的对称性，要求 Rp=R1/Rf。,3. 减法电路,减法器为同、反相放大器的组合，利用叠加原理求解：,减法电路,1.只考虑U1作用时：,2.只考虑U2作用时：同相端输入电压为：,3.总输出电压为：,结论： (1)减法器的输出电压与输入电压之差成正比。 (2)减法器又称差分放大器 。 (3)为减小运放失调误差影响设计时应保持：R1/ R
6、f = R2/ R3。,K型热电偶电路分析,1、三级放大 2、第一级放大十倍，解决失调电压 3、第二级主要放大 4、第三级为减法器（注意其结论）,采用AD594C的温度测量实例,P24 图2-7,问题,AD594C的功能 2B20B的功能,4-20mA电流环,一般仪器仪表的信号电流都为4-20mA，指最小电流为4mA,最大电流为20mA 。 在工业现场，用一个仪表放大器来完成信号的调理并进行长线传输，会产生以下问题：第一，由于传输的信号是电压信号，传输线会受到噪声的干扰；第二，传输线的分布电阻会产生电压降；第三，在现场如何提供仪表放大器的工作电压也是个问题。,参考器件说明： 思考一下几个问题:
7、 1.电阻的常温阻抗 2.电阻随温度的变化率 3.非线性 4.最大功耗 5.温度测量范围,热敏电阻的参数-MF58,热敏电阻应用电路,AD590的基本参数,AD590应用电路,U1的输出电压为10mV/K。为了得到稳定的2.732V，由VR2,CR1,R7,R8,R9及U3组成一个稳定电路。调整VR2可使U3的输出（J8测试点）为2.732V。而U2的输出电压（J7测试点）10（U1outVf1）10（10mV/K2.732）=1010 mV/=100 mV/。,LM35的应用,芯片的基本参数： Calibrated directly in Celsius (Centigrade) Linea
8、r + 10.0 mV/C scale factor Rated for full 55 to +150C range Nonlinearity only 14C typical Low impedance output, 0.1 W for 1 mA load,DS18B20（数字型传感器）,参数参看手册 思考一下几个问题: 温度测量范围 输出的数据格式 外供电问题,湿度传感器的应用电路,霍尔传感器的应用电路,气敏传感器- TGS 822,气敏传感器的应用电路,U1d组成一个临界准位电路，当第13脚的电压比第12脚的电压高时（即瓦斯浓度比预定值低）U1d的输出为低电位。对R8，C1的积分电路
9、没作用，因此U1c的输出为低电位，故U2，NE555振荡器没动作，输出为零。 当瓦斯、烟雾或者一氧化碳的浓度被传感器所接受时，第12脚的正电位逐渐增加，以至于超过第13脚的设定值，故U1d的输出为正电位电压，此电压对R8，C1充电，此充电电压超过第9脚的电压值时，接到NE555的控制电压为高电位，因此振荡器动作。由R13，R14及C3组成的无稳态电路由第3脚输出一个连续的脉冲波。直到当瓦斯浓度低于设定值时，警报才予以解除。,力敏传感器的应用电路,超声波传感器的应用电路,由单片机产生40KHz的方波，并通过模组接口（J4）送到模组的CD4049，而后面的CD4049则对40KHz频率信号进行调理
10、，以使超声波传感器产生谐振。,超声波接收处理部分电路前级采用NE5532构成10000倍放大器，对接收信号进行放大；后级采用LM311比较器对接收信号进行调整，比较电压为LM311的3管脚的输入。,超声波传感器的原理,参看资料,作业,1。每人选择上述2个电路用EDA软件进行仿真 （31班在温度AD590、湿度） （32班在气体和温度AD590 ） 并附分析报告 15周以班为单位将仿真的程序和分析报告（Word）发到任课老师的邮箱。 报告内容：实验原理、电路图的结构、仿真结果和最终的结果分析,传感器应用技术,1、传感器的电源 2、信号处理电路 3、接口电路 4、测控系统的构成,传感器的供电电源,
11、1、直流电压源供电 1）电池 2）整流与稳压电路（78系列、79系列） 3）DC-DC变化 4）偏置电路 2、交流供电 举例：湿度传感器,信号处理电路,1、电桥及其使用,定义：用比较法测量各种量（如电阻、电容、电感等）的仪器。最简单的是由四个支路组成的电路。各支路称为电桥的“臂”,作用：能测出微小的 变化 应用：热电阻、热敏电阻等。,信号处理电路,2、缓冲与放大电路 作用：缓冲电路重要解决传感器和后续处理电路的阻抗匹配工作，放大电路主要解决信号的放大（包括差分放大）。 应用：各类传感器,信号处理电路,3、比较器 原理：利用运算放大器的正反馈或者开环特性，进行电压比较，输出开关量信号 应用：利用
12、专用比较器和运放开环，注意其输出的开关量的电平大小。,信号处理电路,4、滤波器的应用 作用：滤除噪声 应用：有源滤波器、无源滤波器 低通、高通、带通、带阻,信号处理电路,5、线性处理电路的应用,信号处理电路,6、延时电路的应用 作用：利用NE555或运算放 大器组成延时电路，保证上电 后产生勿动 应用：气敏传感器,信号处理电路,7、特殊芯片使用 AD594片内除有放大电路，还有温度补偿电路，对于J型热电偶经休整后可得到10mV/度的输出，OP07组成同相放大器，2B20B2是电压/电流变换器，将运放放大的与温度相应的电压信号转换为4mA-20mA的电流环。,接口电路,1、A/D转换电路,接口电路,2、频率变换电路,接口电路,3、驱动电路,
