2.5 比率式

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[音乐播放] 大家好,欢迎观看TI 高精度实验室 有关温度传感器比例式测量 视频。 在本视频中,我们将了解 比例式测量对于温度传感器的意义, 以及如何使用简单的电路来实现。 传感器用于将物理信号 或输入转换为电信号。 然后,信号调节电路将电信号 转换成输出, 供 MCU 进行处理。 物理输入的测量虽然不受任何 其他信号的影响, 但仍然可能受到外部变化的影响, 例如电源。 因此,传感器的输出可能会 随着该变化而变化。 在比例式测量中,信号的调节是 相对于作为参考信号的 外部变化而不是绝对源进行的。 这意味着相关信号是相对于 另一个与其成比例相关的 信号来测量的。 使用比例式测量,从一个独立的电压 或电流变为具有 更严格容差的组件。 一个简单的例子是电阻器。 为了更好地说明这个概念, 我们以使用热敏电阻 作为温度传感器为例,该传感器偏置有 电压控制电流源 VCC。 电流源指定为α 乘以 VCC, 其中 VCC 是电源电压。 热敏电阻的输出被施加到运算放大器的 同相输入端,可以计算为 电流乘以 热敏电阻的电阻。 如图所示,可以计算同相 放大器电路的增益。 现在电路的输出可以简化成 这个方程。 通过一些基本的数学运算, 可以推导出电源电压变化 与输出信号之间的关系。 因此,随着电源电压变化增加, 输出将会增加。 同样,随着电源电压变化的减小, 输出变化将会减小。 正如在前面的电路中所见, 电源和输出之间的关系 是线性的,并且是成正比的。 同时,我们要关注的信号是 RT 而不是 VCC。 因此,我们可以简单地使用比例式测量 方法来消除电源电压变化 对输出的依赖性。 为此,我们使用ADC 作为信号调节电路。 对于 ADC,输入和输出之间的关系 如图所示。 通过将 VCC 连接为参考电压, 将运放电路的输出作为 ADC 的输入, 可以简化输入和输出之间的关系, 如图所示。 我们的系统现在正在测量 VAMP 和 VCC 的比值, 这相当于直接测量 RT。 对其进行进一步简化显示 VCC 带来的 外部变化不再是方程的一部分, 由此便实现了比例式测量。 在该电路中,热敏电阻两端的 输出信号被馈入模数转换器, 用于信号调节和数据通信。 ADC 的输出可以 概括为所示的方程式。 虽然这似乎是一种偏置热敏电阻的 简单方法,但它可能会受到参考电源 变化的影响并引入潜在的测量误差。 由于输出信号 与 VIN 比 VREF 的值成正比, 因此可以使用比例式测量法 消除输出上的参考电压变化, 如更新电路中所示。 在该比例电路中,参考电压是由 与输入电压相同的电流源 产生的。 简化该方程可将其归纳为热敏电阻的 电阻和参考电阻的 比值。 现在,该电路独立于 VREF 电压源容差和电流源漂移失配。 在下一个例子中,我们采用惠斯通电桥, 它通常用于测量应变、载荷、压力 和温度。 如方程式所示,测量是在电压点 VH 和 VL 之间进行的。 Rsense 的任何变化都会引起 VH 和 VL 之间的 电压变化。 此外,检测电压与 VCC 之间 存在线性关系。 因此,该电路容易受到 VCC 外部变化的影响,并且可以 使用比例式测量法重新配置, 以消除电源电压变化对传感器 测量误差的影响。 为了消除 VCC 的影响, 我们使用 VCC 作为我们的 ADC 参考电源。 Vsense 和 VCC之间的比率 将使 Rsense 成为测量中唯一的变量。 因此,在这种情况下测量系统的精度 成为电桥中使用的无源 组件的函数。 总而言之,在这段视频中,我们了解到测量系统 会受到外部变化的影响,从而导致错误。 借助比例式测量法,可以消除 各种不同条件 对传感器精度的影响, 且影响最小。 同时,与传统方法相比, 比例式测量系统更容易控制组件的 容差。 感谢您观看有关
课程介绍 共计13课时,1小时32分10秒

[高精度实验室] 传感器技术 : 温度传感器

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