氣動測量儀傳感器信號調理電路的製作方法
2023-12-09 14:58:01 2
專利名稱：氣動測量儀傳感器信號調理電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種信號調理電路，尤其涉及一種用於高 精度、寬量程氣動測量儀的傳感器信號調理電路。
技術背景氣動測量儀是利用壓縮空氣的壓力或流動特性對工件幾何 量進行非接觸測量的一種儀器。它具有可靠性好、測量精度高等優點，已 在工業上得到了廣泛應用。目前，隨著電子技術的發展，傳統的氣動測量 儀已逐步被電子氣動測量儀所取代；但當前的電子氣動測量儀仍然存在量 程小、使用範圍窄、通用性和靈活性差等缺陷
實用新型內容
針對現有技術中存在的上述缺陷，本實用新型旨在提 供一種靈敏度高、可作大偏置精密零電位調整、可預設多段放大倍數的氣 動測量儀傳感器信號調理電路。
為了實現上述目的，本實用新型採用以下技術方案它由恆流源電路、 壓力傳感器、儀器放大器、可調增益放大器、偏置零位調整電路、以及供 電模塊構成，具體結構為
恆流源電路由運算放大器U1A，串接在運算放大器U1A正輸入腳上的 電阻R2和Rl，接在電阻R2、R1連接點與參考地端之間的參考電壓基準U4， 各接在運算放大器U1A正、負輸入腳與參考地端之間的電容Cl、電阻R22， 以及分別接在運算放大器U1A第8、 4腳與參考地端之間的電容C2、 C3構 成；其中，運算放大器U1A第8、 4腳分別接在土12V電源的兩端，電阻R2 與士12V電源的正端連接；壓力傳感器的正輸入腳與運算放大器U1A的輸出腳連接，該壓力傳感 器的負輸入腳經電阻R22接參考地端；
儀器放大器由運算放大器U3，負極並聯後其正極分別接在運算放大器 U3正、負輸入腳上的二極體D1和D4，正極並聯後其負極分別接在運算放 大器U33正、負輸入腳上的二極體D2和D3，分別接在接運算放大器U3第 7、 4腳與參考地端之間的電容C4、 C5構成；其中，運算放大器U3正、負 輸入腳分別與壓力傳感器的正、負輸出腳連通，二極體D1和D4的負極以 及二極體D2和D3的正極分別接在士12V電源的正負兩端，運算放大器U3 第7、 4腳分別接在士12V電源的正負兩端，運算放大器U3的第1腳與第8 腳連通；
可調增益放大器由運算放大器U2A，接在運算放大器U2A正輸入腳與 運算放大器U3輸出腳之間的電阻R3，接在運算放大器U2A正輸入腳與參 考地端之間的電容CIO，接在運算放大器U2A負輸入腳與參考地端之間的 電阻網絡，並接在運算放大器U2A輸出腳上的端子J2、 J3，並聯在運算放 大器U2A負輸入腳與輸出腳之間的電阻R12和電容Cll，分別接在運算放 大器U2A第8、 4腳與參考地端之間的電容C7、 C6構成；所述電阻網絡由 一端並接在運算放大器U2A負輸入腳上的開關K1、 K2、 K3、 K4、 K5，對應 串接在K1、 K2、 K3、 K4、 K5與參考地端之間的電阻R5和R4、 R7和R6、 R9和R8、 R11和R10、 R21和WR構成；其中，運算放大器U2A第8、 4腳 分別接在土12V電源的正負兩端，端子J2、 J3的第2腳分別與參考地端連
接；偏置零位調整電路由運算放大器U1B，電位器J4，參考電壓基準U5 和U6，接在運算放大器U1B負輸入腳與參考地端之間的電阻R17，接在運 算放大器U1B負輸入腳與輸出腳之間的電阻R18，串接在電位器J4正輸入 腳上的電阻R16和R13，串接在電位器J4負輸入腳上的電阻R15和R14， 反向接在電阻R16、 R13連接點與參考地端之間的參考電壓基準U6，反向 接在電阻R15、 R14連接點與參考地端之間的參考電壓基準U5構成；其中， 電位器J4的輸出腳與運算放大器U1B的正輸入腳連通，運算放大器U1B 的輸出腳與運算放大器U3的參考基準腳連通，電阻R13、 R14分別接在士 12V電源的正負兩端；
供電模塊由端子J5，與該端子依次串聯的電阻R19、 二極體D5、三端 穩壓器U10和U9，並接在三端穩壓器U10輸入腳與參考地端之間的電容 C12、 C15和二極體D6，並接在三端穩壓器UIO、 U9連接點與參考地端之間 的電容C13、C16，並接在三端穩壓器U9輸出腳與參考地端之間的電容C17， 通過第8腳連接在三端穩壓器U10、 U9連接點之間的電荷泵U8，連接在電 荷泵U8第8腳與參考地端之間的電容C14，連接在電荷泵U8第2、 4腳之 間的電容C20，依次串接在電荷泵U8第5腳上的電阻20、三端穩壓器U7， 接在電荷泵U8第5腳與參考地端之間的電容C21，接在三端穩壓器U7輸 入腳與參考地端之間的電容C18、接在三端穩壓器U7輸出腳與參考地端之 間的電容C19構成；其中，端子J5的第2、 3腳以及三端穩壓器U10、 U9 和U7的第2腳並接於參考地端；三端穩壓器U9和U7的輸出腳分別與上述 恆流源電路、儀器放大器、可調增益放大器以及偏置零位調整電路中士12V電源的對應正負端連接。
與現有技術比較，本實用新型由於採用了上述技術方案，因此不僅精
度高、穩定性好，而且還可設定10 10000倍的放大倍數以及可作大偏置
精密零電位調整，同時還具有較完善的輸入、輸出電源保護措施，通用性 強等優點。
圖1是本實用新型的電路原理框圖； 圖2是本實用新型的電路原理圖。
圖中恆流源電路l 壓力傳感器2 儀器放大器3 可調增益放 大器4 偏置零位調整電路5 供電模塊具體實施方式
以下結合附圖和具體的實施例對本實用新型作進一步 說明-
如圖l所示恆流源電路1為壓力傳感器2提供工作電源，壓力傳感 器2為橋式壓力傳感器；壓力傳感器2的輸出端與儀器放大器3的對稱輸 入端相連。偏置零位調整電路5接於儀器放大器3的參考電壓端並為儀器 放大器3提供偏置電壓。儀器放大器3通過可調增益放大器4將信號進一 步放大，可調增益放大器4的輸出即為本實用新型的輸出。供電模塊6為 恆流源電路l、儀器放大器3、可調增益放大器4、以及偏置零位調整電路 5提供工作電源。
在圖2中，恆流源電路1由運算放大器U1A，串接在運算放大器U1A 正輸入腳上的電阻R2和R1，接在電阻R2、 Rl連接點與參考地端之間的參考電壓基準U4，接在運算放大器U1A正輸入腳與參考地端之間的電容Cl， 接在運算放大器U1A負輸入腳與參考地端之間的電阻R22，以及分別接在 運算放大器U1A第8、 4腳與參考地端之間的電容C2和C3構成；運算放大 器U1A第8、 4腳分別接在士12V電源的正負兩端，電阻R2與士12V電源的 正端連接。其中，電阻R2和參考電壓基準U4 (型號為TL431)構成2.5V 的電壓基準源，由電阻R1和電容C1構成的低通濾波器可以濾除交流幹擾， 運算放大器U1A (型號為0PA2277)具有高精度、極低失調電壓、極低溫度 漂移等特性，電阻R22為取樣電阻。壓力傳感器2的正輸入腳與運算放大器U1A的輸出腳連接、該壓力傳 感器的負輸入腳經電阻R22接參考地端；壓力傳感器2的電源電流精確地 穩定在lmA上。儀器放大器3由運算放大器U3，負極並聯後其正極分別接在運算放大 器U3正輸入腳和負輸入腳上的二極體Dl和D4，正極並聯後其負極分別接 在運算放大器U3正輸入腳和負輸入腳上的二極體D2和D3,分別接在接運 算放大器U3第7、 4腳與參考地端之間的電容C4和C5構成；運算放大器 U3正、負輸入腳分別與壓力傳感器2的正、負輸出腳連通，二極體D1和 D4的負極以及二極體D2和D3的正極分別接在士12V電源的正負兩端，運 算放大器U3第7、 4腳分別接在土12V電源的正負兩端，運算放大器U3的 第l腳與第8腳連通。其中，運算放大器U3為極低失調電壓、低溫度漂移 的精密儀用運算放大器(型號為1NA141P)， 二極體D1、 D2、 D3和D4構成 為運算放大器U3提供過壓保護的二極體保護網絡。可調增益放大器4由運算放大器U2A，接在運算放大器U2A正輸入腳 與運算放大器U3輸出腳之間的電阻R3，接在運算放大器U2A正輸入腳與 參考地端之間的電容CIO，接在運算放大器U2A負輸入腳與參考地端之間 的電阻網絡，並接在運算放大器U2A輸出腳上的端子J2、 J3，並聯在運算 放大器U2A負輸入腳與輸出腳之間的電阻R12和電容Cll，分別接在接運 算放大器U2A第8、 4腳與參考地端之間的電容C7和C6構成；所述電阻網 絡由一端並接在運算放大器U2A負輸入腳上的開關K1、 K2、 K3、 K4、 K5， 對應串接在Kl、 K2、 K3、 K4、 K5與參考地端之間的電阻R5和R4、 R7和 R6、 R9和R8、 R11和R10、 R21禾t!WR構成；運算放大器U2A第8、 4腳分 別接在土12V電源的正負兩端，端子J2、 J3的第2腳分別與參考地端連接。 其中，運算放大器U2A的型號為0PA2277，電阻R3和電容C10構成低通濾 波器濾除交流幹擾，電阻R12和電容Cll構成有源低通濾波器濾進一步濾 除10Hz以上的幹擾信號，開關K1、 K2、 K3、 K4和K5用於設定增益，端子 J2、 J3分別為本實用新型電路的信號輸出端。偏置零位調整電路5由運算放大器U1B，電位器J4，參考電壓基準U5 和U6，接在運算放大器U1B負輸入腳與參考地端之間的電阻R17，接在運 算放大器U1B負輸入腳與輸出腳之間的電阻R18，串接在電位器J4正輸入 腳上的電阻R16和R13，串接在電位器J4負輸入腳上的電阻R15和R14， 反向接在電阻R16、 R13連接點與參考地端之間的參考電壓基準U6，反向 接在電阻R15、 R14連接點與參考地端之間的參考電壓基準U5構成；電位 器J4的輸出腳與運算放大器U1B的正輸入腳連通，運算放大器U1B的輸出腳與運算放大器U3的參考基準腳連通，電阻R13、 R14分別接在士12V電 源的正負兩端。其中，運算放大器U1B的型號為0PA2277，參考電壓基準 U5和U6的型號為TL431。供電模塊6由端子J5，與該端子依次串聯的電阻R19、 二極體D5、三 端穩壓器U10和U9，並接在三端穩壓器UIO輸入腳與參考地端之間的電容 C12、 C15和二極體D6，並接在三端穩壓器UIO、 U9連接點與參考地端之間 的電容C13、C16，並接在三端穩壓器U9輸出腳與參考地端之間的電容C17， 通過第8腳連接在三端穩壓器U10、 U9連接點之間的電荷泵U8，連接在電 荷泵U8第8腳與參考地端之間的電容C14，連接在電荷泵U8第2、 4腳之 間的電容C20，依次串接在電荷泵U8第5腳上的電阻20和三端穩壓器U7， 接在電荷泵U8第5腳與參考地端之間的電容C21， 一端分別接在三端穩壓 器U7輸入、輸出腳上、另一端並接在參考地端的電容C18、 C19構成；端 子J5的第2、3腳以及三端穩壓器U10、U9和U7的第2腳並接於參考地端； 三端穩壓器U9和U7的輸出腳分別與上述恆流源電路1、儀器放大器3、可 調增益放大器4以及偏置零位調整電路5中士12V電源的對應正負端連接。 其中，24V直流電源由端子J5的輸入端接入，三端穩壓器UIO、 U9和U7 的型號分別為78L18、 78L12和ICL7662;電阻R19為過流保護電阻，二極 管D5 (型號為IN5819)可起到防止24V直流電源誤反接的作用，二極體 D6(型號為1. 5KE33A)可起到抑制24V直流電源瞬態電壓的作用；電阻R19 和二極體D6配合可實現過壓保護功能。
權利要求1.一種氣動測量儀傳感器信號調理電路，其特徵在於由恆流源電路(1)、壓力傳感器(2)、儀器放大器(3)、可調增益放大器(4)、偏置零位調整電路(5)、以及供電模塊構成(6)，具體結構為恆流源電路(1)由運算放大器U1A，串接在運算放大器U1A正輸入腳上的電阻R2和R1，接在電阻R2、R1連接點與參考地端之間的參考電壓基準U4，各接在運算放大器U1A正、負輸入腳與參考地端之間的電容C1、電阻R22，以及分別接在運算放大器U1A第8、4腳與參考地端之間的電容C2、C3構成；其中，運算放大器U1A第8、4腳分別接在±12V電源的兩端，電阻R2與±12V電源的正端連接；壓力傳感器(2)的正輸入腳與運算放大器U1A的輸出腳連接，該壓力傳感器的負輸入腳經電阻R22接參考地端；儀器放大器(3)由運算放大器U3，負極並聯後其正極分別接在運算放大器U3正、負輸入腳上的二極體D1和D4，正極並聯後其負極分別接在運算放大器U33正、負輸入腳上的二極體D2和D3，分別接在接運算放大器U3第7、4腳與參考地端之間的電容C4、C5構成；其中，運算放大器U3正、負輸入腳分別與壓力傳感器(2)的正、負輸出腳連通，二極體D1和D4的負極以及二極體D2和D3的正極分別接在±12V電源的正負兩端，運算放大器U3第7、4腳分別接在±12V電源的正負兩端，運算放大器U3的第1腳與第8腳連通；可調增益放大器(4)由運算放大器U2A，接在運算放大器U2A正輸入腳與運算放大器U3輸出腳之間的電阻R3，接在運算放大器U2A正輸入腳與參考地端之間的電容C10，接在運算放大器U2A負輸入腳與參考地端之間的電阻網絡，並接在運算放大器U2A輸出腳上的端子J2、J3，並聯在運算放大器U2A負輸入腳與輸出腳之間的電阻R12和電容C11，分別接在運算放大器U2A第8、4腳與參考地端之間的電容C7、C6構成；所述電阻網絡由一端並接在運算放大器U2A負輸入腳上的開關K1、K2、K3、K4、K5，對應串接在K1、K2、K3、K4、K5與參考地端之間的電阻R5和R4、R7和R6、R9和R8、R11和R10、R21和WR構成；其中，運算放大器U2A第8、4腳分別接在±12V電源的正負兩端，端子J2、J3的第2腳分別與參考地端連接；偏置零位調整電路(5)由運算放大器U1B，電位器J4，參考電壓基準U5和U6，接在運算放大器U1B負輸入腳與參考地端之間的電阻R17，接在運算放大器U1B負輸入腳與輸出腳之間的電阻R18，串接在電位器J4正輸入腳上的電阻R16和R13，串接在電位器J4負輸入腳上的電阻R15和R14，反向接在電阻R16、R13連接點與參考地端之間的參考電壓基準U6，反向接在電阻R15、R14連接點與參考地端之間的參考電壓基準U5構成；其中，電位器J4的輸出腳與運算放大器U1B的正輸入腳連通，運算放大器U 1B的輸出腳與運算放大器U3的參考基準腳連通，電阻R13、R14分別接在±12V電源的正負兩端；供電模塊(6)由端子J5，與該端子依次串聯的電阻R19、二極體D5、三端穩壓器U10和U9，並接在三端穩壓器U10輸入腳與參考地端之間的電容C12、C15和二極體D6，並接在三端穩壓器U10、U9連接點與參考地端之間的電容C13、C16，並接在三端穩壓器U9輸出腳與參考地端之間的電容C17，通過第8腳連接在三端穩壓器U10、U9連接點之間的電荷泵U8，連接在電荷泵U8第8腳與參考地端之間的電容C14，連接在電荷泵U8第2、4腳之間的電容C20，依次串接在電荷泵U8第5腳上的電阻20、三端穩壓器U7，接在電荷泵U8第5腳與參考地端之間的電容C21，接在三端穩壓器U7輸入腳與參考地端之間的電容C18、接在三端穩壓器U7輸出腳與參考地端之間的電容C19構成；其中，端子J5的第2、3腳以及三端穩壓器U10、U9和U7的第2腳並接於參考地端；三端穩壓器U9和U7的輸出腳分別與上述恆流源電路(1)、儀器放大器(3)、可調增益放大器(4)以及偏置零位調整電路(5)中±12V電源的對應正負端連接。
專利摘要本實用新型公開了一種氣動測量儀傳感器信號調理電路，屬於信號調理電路；旨在提供一種靈敏度高、可作大偏置精密零電位調整、可預設多段放大倍數的傳感器信號調理電路。它由為壓力傳感器(2)提供工作電源的恆流源電路(1)、為儀器放大器(3)提供信號的壓力傳感器(2)、為儀器放大器(3)提供偏置電壓的偏置零位調整電路(5)、將信號進一步放大的可調增益放大器(4)、為上述各電路提供工作電源的供電模塊(6)構成。本實用新型精度高、穩定性好，可設定10～10000倍的放大倍數，可作大偏置精密零電位調整，具有較完善的輸入、輸出電源保護措施，通用性強等優點。
文檔編號G01B13/00GK201348499SQ20082009688
公開日2009年11月18日 申請日期2008年12月26日 優先權日2008年12月26日
發明者力 沈, 浩 蒙 申請人:浩 蒙