F转换电路的温度补偿方法
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第4章应变式传感器一、单项选择题1、为减小或消除非线性误差的方法可采用()。
A. 提高供电电压B. 提高桥臂比C. 提高桥臂电阻值D. 提高电压灵敏度2、全桥差动电路的电压灵敏度是单臂工作时的()。
A. 不变B. 2倍C. 4倍D. 6倍3、电阻应变片配用的测量电路中,为了克服分布电容的影响,多采用( )。
A.直流平衡电桥 B.直流不平衡电桥C.交流平衡电桥 D.交流不平衡电桥4、通常用应变式传感器测量( )。
A. 温度 B.密度C.加速度 D.电阻5、影响金属导电材料应变灵敏系数K的主要因素是()。
A.导电材料电阻率的变化 B.导电材料几何尺寸的变化C.导电材料物理性质的变化 D.导电材料化学性质的变化6、产生应变片温度误差的主要原因有()。
A.电阻丝有温度系数 B.试件与电阻丝的线膨胀系数相同C.电阻丝承受应力方向不同 D.电阻丝与试件材料不同7、电阻应变片的线路温度补偿方法有()。
A.差动电桥补偿法 B.补偿块粘贴补偿应变片电桥补偿法C.补偿线圈补偿法 D.恒流源温度补偿电路法8、当应变片的主轴线方向与试件轴线方向一致,且试件轴线上受一维应力作用时,应变片灵敏系数K的定义是()。
A.应变片电阻变化率与试件主应力之比B.应变片电阻与试件主应力方向的应变之比C.应变片电阻变化率与试件主应力方向的应变之比D.应变片电阻变化率与试件作用力之比9、制作应变片敏感栅的材料中,用的最多的金属材料是()。
A.铜 B.铂 C.康铜 D.镍铬合金10、利用相邻双臂桥检测的应变式传感器,为使其灵敏度高、非线性误差小()。
A.两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片B.两个桥臂都应当用两个工作应变片串联C.两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片D.两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片11、在金属箔式应变片单臂单桥测力实验中不需要的实验设备是()。
A.直流稳压电源 B.低通滤波器C.差动放大器 D.电压表12、关于电阻应变片,下列说法中正确的是()A.应变片的轴向应变小于径向应变B.金属电阻应变片以压阻效应为主C.半导体应变片以应变效应为主D.金属应变片的灵敏度主要取决于受力后材料几何尺寸的变化13、金属丝的电阻随着它所受的机械变形(拉伸或压缩)的大小而发生相应的变化的现象称为金属的()。
文章编号:1006-3080(2024)02-0238-09DOI: 10.14135/ki.1006-3080.20230114001基于自适应深度置信网络的压力变送器温度补偿方法研究高彬彬1, 顾幸生1, 王 鑫2(1. 华东理工大学能源化工过程智能制造教育部重点实验室, 上海 200237;2. 上海自动化仪表有限公司技术中心, 上海 200072)摘要:随着压力变送器检测技术和人工智能技术的不断发展,在航空航天、石化、核电等领域人们对压力变送器的稳定性、实时性、测量精度等方面有了更严格的要求。
而工作环境的温度会对设备精度造成巨大影响,导致变送器测量值出现偏移。
针对此问题,本文提出了基于自适应深度置信网络的高精度压力变送器温度补偿方法。
深度置信网络(Deep Belief Networks,DBN)在无监督学习阶段提取数据的特征,然后在有监督阶段使用少量的数据对网络参数进行微调;利用白鲸优化算法(Beluga Whale Optimization, BWO)在全局搜索和局部寻优之间达到平衡,有效地提高DBN 网络的优化效果;引入Metropolis 准则和适应度平衡因子,进一步提高算法的全局寻优能力以及模型收敛速度。
实验拟合后的数据精度可达0.004 8%,远高于现有的最高标准0.05级。
经过一系列对比分析,验证了补偿算法的准确性和实用性。
关键词:温度补偿;深度置信网络;启发式算法;压力变送器;白鲸优化算法中图分类号:TP212文献标志码:A压力变送器是一种将压力经过处理转换为电信号的装置,在石化冶金、发电厂、核电等领域具有广泛的应用。
这些工作环境一般具有比较广的温度范围,但是由于传感器自身材料的限制,使得压力变送器的输出不仅和压力相关,还和温度变化存在一定的关系,这种温度漂移现象的产生降低了变送器的测量精度[1-2]。
因此设计一种有效的温度补偿算法对变送器的数据进行处理具有重要的意义,可以满足实际应用中更高精度的需求。
传感器与自动检测技术一、填空题(每题3分)1、传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件、产生可用信号输出的转换元件、以及相应的信号调节转换电路组成。
2、金属材料的应变效应是指金属材料在受到外力作用时,产生机械变形,导致其阻值发生变化的现象叫金属材料的应变效应。
3、半导体材料的压阻效应是半导体材料在受到应力作用后,其电阻率发生明显变化,这种现象称为压阻效应。
4、金属丝应变片和半导体应变片比较其相同点是它们都是在外界力作用下产生机械变形,从而导致材料的电阻发生变化。
5、金属丝应变片和半导体应变片比较其不同点是金属材料的应变效应以机械形变为主,材料的电阻率相对变化为辅;而半导体材料则正好相反,其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主,而机械形变为辅。
6、金属应变片的灵敏度系数是指金属应变片单位应变引起的应变片电阻的相对变化叫金属应变片的灵敏度系数。
7、固体受到作用力后电阻率要发生变化,这种现象称压阻效应。
8、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。
9、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。
10、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器,传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成,弹性元件用来感知应变,电阻敏感元件用来将应变的转换为电阻的变化。
11、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器,传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成,弹性元件用来感知应变,电阻敏感元件用来将应变的转换为电阻的变化。
12、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器,传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成,弹性元件用来感知应变,电阻敏感元件用来将应变的转换为电阻的变化。
13、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器,传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成,弹性元件用来感知应变,电阻敏感元件用来将应变的转换为电阻的变化。
14、要把微小应变引起的微小电阻变化精确地测量出来,需采用特别设计的测量电路,通常采用电桥电路。
多路pt100 电路设计
PT100是一种热电阻温度传感器,用于测量温度并将其转换为电阻值。
在设计多路PT100电路时,需要考虑到以下几个关键因素:
1.恒流源:由于PT100的阻值会随着温度变化而变化,因此需要采用恒流源
来确保电流稳定,从而提高测量的准确度。
常用的恒流源电路包括运放、比较器和三极管等。
2.信号调理电路:PT100的输出信号非常微弱,需要通过信号调理电路将其
放大和滤波,以便后续处理。
常用的信号调理电路包括差分放大器和滤波器等。
3.温度补偿:由于PT100的阻值受到温度的影响,因此需要进行温度补偿以
提高测量的准确性。
常用的温度补偿方法包括硬件补偿和软件补偿两种。
4.多路切换:为了实现多路测量,需要设计多路切换电路。
常用的多路切换
电路包括继电器和模拟开关等。
5.数据采集与处理:最后,需要设计数据采集与处理电路,将调理后的信号
转换为数字信号并处理,以便得到温度值。
常用的数据采集与处理电路包括ADC和微控制器等。
综上所述,多路PT100电路设计需要考虑到恒流源、信号调理、温度补偿、多路切换和数据采集与处理等多个方面。
具体实现方式可以根据实际需求和条件进行选择和调整。
单晶硅压力芯体温补1.引言1.1 概述概述单晶硅压力芯体是一种常用于测量压力的传感器元件,其基于单晶硅微加工技术制成。
随着科技的发展,单晶硅压力芯体的应用越来越广泛,但是在实际应用中,常常会受到温度的影响,从而影响其测量精度。
因此,温度补偿成为解决这一问题的关键技术。
本篇文章将对单晶硅压力芯体的温度补偿进行深入探讨。
首先,我们将介绍单晶硅压力芯体的基本原理,包括其结构和工作原理。
然后,我们将重点分析温度对单晶硅压力芯体测量结果的影响,特别是温度引起的误差。
接下来,我们将探讨温度补偿的必要性,阐述为何需要对单晶硅压力芯体进行温度补偿。
最后,我们将介绍目前常用的单晶硅压力芯体温补方法,以及这些方法对测量结果的改善效果。
通过本文的阅读,读者将对单晶硅压力芯体温度补偿的重要性有更加深刻的认识,并且了解到目前常用的温度补偿方法。
这对于在实际应用中选择合适的单晶硅压力芯体以及进行精确的压力测量具有重要意义。
本篇文章的结构将让读者更加清晰地理解单晶硅压力芯体温度补偿的相关知识,为读者进一步研究和应用提供了基础。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以如下编写:1.2 文章结构本文共分为三个主要部分。
首先,在引言部分,将对本文的研究背景和意义进行概述,并明确文章的目的。
其次,在正文部分,将详细介绍单晶硅压力芯体的基本原理和温度对其的影响。
最后,在结论部分,将阐述温度补偿的必要性,以及介绍单晶硅压力芯体温补的方法和效果。
在正文部分,将首先介绍单晶硅压力芯体的基本原理。
通过分析单晶硅材料的特性,解释其在压力测量中的工作原理。
同时,将介绍单晶硅压力芯体的结构和工作方式,以便读者对其有一个清晰的认识。
接着,将讨论温度对单晶硅压力芯体的影响。
考虑到温度的变化可能会导致压力测量的不准确性,将分析温度对单晶硅压力芯体的影响机制,并探讨温度补偿的必要性。
在结论部分,将强调温度补偿的重要性。
基于对温度影响的分析,将阐述为何需要对单晶硅压力芯体进行温度补偿,并介绍温度补偿的相关方法和效果。
高精度石英加速度计采集电路设计郝鹏;张伟;陈锐【摘要】Based on the accelerometer signal acquisition requirement of the high precision strapdown inertial naviga-tion system, this thesis proposesa new design scheme, which has the advantages of high precision, low power consumption and miniaturization. Meanwhile,digital compensation method is used to improve the precision of zero bias and scale factor infull temperature range by one order. Test data shows that the temperature coefficient of the circuit scale factor is be low 0.5 ppm/℃,zero bias is below 10 μg in -55 ℃~+85 ℃ temperature range,and the scale factor repeatability of a year is below 10 ppm,power consumption is 1.8 W. The test results indicate that the circuit scheme meets the requirement of SINS.%从高精度捷联惯导系统加速度计信号采集需求出发,设计了一种高精度、低功耗、小型化的加速度计信号采集方案,采用数字补偿方案对转换电路的零位和标度因数温度系数进行了补偿校准,补偿后其全温指标提高了一个数量级.经实际电路测试验证,其在-55℃~+85℃温度范围内的标度因数全温变化小于0.5 ppm/℃,全温零位小于10μg,标度因数年重复性达到10 ppm,电路常温功耗仅为1.8 W,测试结果表明该电路方案满足高精度捷联惯导系统应用需求.【期刊名称】《传感技术学报》【年(卷),期】2017(030)005【总页数】6页(P678-683)【关键词】捷联惯导系统;加速度计信号采集;数字补偿;标度因数【作者】郝鹏;张伟;陈锐【作者单位】西安飞行自动控制研究所,西安710065;中国人民解放军驻航天210所军事代表室,西安710065;西安飞行自动控制研究所,西安710065【正文语种】中文【中图分类】TH824.4高精度、长航时、小型化、低功耗一直是捷联惯导系统的发展趋势[1],其对传感器及其电子组件的综合性能提出了更高的要求,而加速度计及其采集电路作为其关键组件直接影响惯导系统的精度性能[2]。
电涡流传感器的温度补偿电涡流传感器是一种常见的非接触式位移传感器,它可以通过测量金属部件表面上的涡流信号,来精确地测量位移和震动等物理参数。
但是这种传感器的测量精度受到温度的影响较大,因此需要进行温度补偿,以提高测量精度。
本文将探讨电涡流传感器的温度补偿方法及其工作原理。
一、电涡流传感器的工作原理电涡流传感器基于涡流法测量物理量,即当一个金属部件受到外力作用时,其表面将产生涡流,涡流的频率和振幅与金属部件的受力情况和位移量有关。
传感器通过探头测量金属表面涡流信号,并通过处理电路将其转化成电信号输出,从而实现对物理量的测量。
但是,由于涡流频率和振幅会受到温度的影响而发生变化,因此电涡流传感器的测量精度也会受到温度的影响。
为了消除温度对测量精度的影响,电涡流传感器需要进行温度补偿。
温度补偿的目标是在不改变外部环境条件的情况下,消除温度对传感器输出的影响,以提高测量精度。
1. 温度补偿电路温度补偿电路是将传感器的输出电信号与温度传感器的输出电信号进行比较,从而得出温度对涡流信号的影响。
这个影响值可以通过专门的计算方法,将其转换为一个温度补偿电信号,然后将其加到测量输出信号上,以实现温度补偿。
2. 多重参数模型多重参数模型是将涡流传感器输出信号与温度、压力、湿度等多个环境参数进行联合建模,从而得出一个可以预测输出信号的模型。
在实际应用中,可以预先将多重参数模型输入到控制系统中,并根据实际情况实时修正,以实现实时的温度补偿。
三、温度补偿的注意事项1. 温度补偿需要在实际应用环境中进行,因为温度补偿电路和多重参数模型的效果都是根据实际环境条件获得的。
2. 温度补偿还需要考虑时间延迟和噪声影响等因素,因为实际应用环境中的环境条件并非完全稳定。
3. 温度补偿需要根据具体的传感器型号和技术参数进行,不同型号的传感器温度补偿方法可能略有不同。
总结:电涡流传感器是一种抗干扰性强、可靠性高,可用于测量多种物理量的传感器。
传感器与检测技术思考题参考答案第一章1. 传感器由那几部分组成?并说明各组成部分的功能。
答:传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路等几部分组成。
敏感元件:它是直接感受被测量,并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。
转换元件:敏感元件的输出就是它的输入,它把输入转换成电路参数。
转换电路:将转换元转换成的电路参数接入转换电路,便可转换成电量输出。
2. 什么是传感器动态特性和静态特性,简述在什么条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要,而在什么条件下一般要研究传感器的动态特性?在时域条件下研究静态,在频域条件下研究动态 3. 请使用性能指标描述检测系统的静态特性。
(P9-P11)4. 某线性位移测量仪,当被测位移由4.5mm 变到5.0mm 时,位移测量仪的输出电压由3.5V 减至2.5V ,求该仪器的灵敏度。
解:该仪器的灵敏度为25.40.55.35.2−=−−=S mV/mm5. 某测温系统由以下四个环节组成,各自的灵敏度如下:铂电阻温度传感器: 0.45Ω/℃ 电桥: 0.02V/Ω放大器: 100(放大倍数) 笔式记录仪: 0.2cm/V 求:(1)测温系统的总灵敏度;(2)记录仪笔尖位移4cm 时,所对应的温度变化值。
解:(1)测温系统的总灵敏度为18.02.010002.045.0=×××=S cm/℃(2)记录仪笔尖位移4cm 时,所对应的温度变化值为22.2218.04==t ℃ 第二章 检测系统的误差合成1.什么是系统误差?产生系统误差的原因是什么?如何发现系统误差?减少系统误差有哪几种方法?答:系统误差是指在相同的条件下,多次重复测量同一量时,误差的大小和符号保持不变,或按照一定的规律变化的误差。
…2.服从正态分布规律的随机误差有哪些特性?答:服从正态分布规律的随机误差的特性有:对称性 随机误差可正可负,但绝对值相等的正、负误差出现的机会相等。
热电偶采样电路1. 简介热电偶是一种常用的温度传感器,利用热电效应测量温度。
热电偶采样电路是将热电偶的输出信号转换为电压信号的电路。
本文将详细介绍热电偶采样电路的原理、设计和应用。
2. 原理热电偶的工作原理是基于两种不同金属的热电效应。
当两种金属连接在一起时,形成了热电偶回路。
当两个连接点之间存在温度差时,热电偶回路中会产生一个电动势,即热电势。
热电势的大小与温度差成正比。
热电偶的输出信号是微弱的电压信号,通常在几微伏到几毫伏的量级。
为了能够测量和处理这个微弱的信号,需要使用热电偶采样电路进行放大和滤波。
3. 设计热电偶采样电路的设计需要考虑以下几个方面:3.1 放大电路由于热电偶的输出信号较小,需要使用放大电路将其放大到适合测量和处理的范围。
常用的放大电路包括差分放大器和运算放大器。
差分放大器可以放大热电偶的微弱信号,并抵消噪声的干扰。
运算放大器可以提供高放大倍数和低输入阻抗。
3.2 滤波电路热电偶的输出信号中可能存在噪声和干扰,需要使用滤波电路进行滤波处理。
常用的滤波电路包括低通滤波器和带通滤波器。
低通滤波器可以去除高频噪声,带通滤波器可以选择特定频率范围内的信号。
3.3 温度补偿热电偶的输出信号受环境温度的影响,为了减小温度对测量结果的影响,需要进行温度补偿。
常用的温度补偿方法包括冷端补偿和冷焊点补偿。
冷端补偿是通过测量冷端温度并进行补偿,冷焊点补偿是通过将参考焊点与冷端焊点相连并进行补偿。
3.4 输出电路热电偶采样电路的输出可以是模拟信号或数字信号。
模拟输出可以直接连接到模拟输入设备进行测量和处理。
数字输出可以通过模数转换器将模拟信号转换为数字信号,然后通过数字接口传输给计算机或其他数字设备进行处理。
4. 应用热电偶采样电路广泛应用于各种温度测量和控制系统中。
以下是几个常见的应用场景:4.1 工业自动化热电偶采样电路可以用于工业自动化系统中的温度测量和控制。
例如,在炉温控制系统中,热电偶采样电路可以测量炉内温度,并通过控制器控制加热元件的功率,以实现温度的稳定控制。
ntc电阻转频率电路NTC电阻转频率电路NTC电阻转频率电路是一种将温度变化转换为频率信号的电路。
NTC电阻是一种负温度系数电阻,即随着温度的升高,其电阻值会下降。
利用这一特性,可以将温度变化转化为电阻值的变化,进而通过电路的设计将其转换为频率信号输出。
NTC电阻转频率电路的基本原理是利用NTC电阻的温度特性与电路中的其他元件相互配合,通过电路的调节和设计,实现温度到频率的转换。
一般来说,NTC电阻与电容、运算放大器等元件组成一个振荡电路,当温度发生变化时,NTC电阻的阻值发生变化,从而改变了振荡电路的频率。
具体来说,NTC电阻转频率电路的工作原理可以分为以下几个步骤:1. 温度传感器:将温度转化为电阻值变化的NTC电阻作为温度传感器,通过与其他电路元件的组合,实现温度的检测和测量。
2. 电路设计:根据具体的应用需求,设计合适的电路结构和参数。
常见的电路结构包括RC振荡电路、555定时器电路等。
3. 振荡电路:通过将NTC电阻与其他元件如电容、运算放大器等组成振荡电路,利用NTC电阻的温度变化来改变振荡电路的频率。
4. 频率输出:将振荡电路的输出连接到频率计或其他设备上,将温度变化转换为相应的频率信号输出。
NTC电阻转频率电路在实际应用中具有广泛的应用前景。
例如,可以将其应用于温度控制系统中,实现对温度的监测和控制;还可以应用于温度报警系统中,当温度超过设定阈值时发出相应的报警信号;此外,还可以应用于温度补偿电路、温度测量仪表等领域。
NTC电阻转频率电路是一种将温度变化转换为频率信号的电路。
通过合理的电路设计和参数选择,可以实现对温度的检测、测量和控制。
在实际应用中,该电路具有广泛的应用前景,并且可以根据具体需求进行灵活的设计和调整。
第一章1-1何谓结构型传感器?何谓物性型传感器?试述两者的应用特点。
结构型传感器是利用物理学中场的定律构成的,包括动力场的运动定律,电磁场的电磁定律等。
物理学中的定律一般是以方程式给出的。
对于传感器来说,这些方程式也就是许传感器在工作时的数学模型。
这类传感器的特点是传感器的工作原理是以传感器中元件相对位置变化引起场的变化为基础,而不是以材料特性变化为基础。
物性型传感器是利用物质定律构成的,如虎克定律、欧姆定律等。
物质定律是表示物质某种客观性质的法则。
这种法则,大多数是以物质本身的常数形式给出。
这些常数的大小,决定了传感器的主要性能。
因此,物理型传感器的性能随材料的不同而异。
例如,光电管就是物理型传感器,它利用了物质法则中的外光电效应。
显然,其特性与涂覆在电极上的材料有着密切的关系。
又如,所有半导体传感器,以及所有利用各种环境变化而引起的金属、半导体、陶瓷、合金等特性能变化的传感器,都属于物理型传感器。
1-2一个可供实用的传感器由哪几部分构成?各部分的功用是什么?试用框图示出你所理解的传感器系统。
传感器一般由敏感元件、转换元件和转换电路(或其它辅助器件)三部分组成。
组成框图如下:(1)敏感元件:是直接感受被测量,并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件,如波纹膜盒、光敏电阻等。
(2)转换元件:敏感元件的输出就是它的输入,其把输入转换成电路参数量。
(3)转换电路:上述电路参数接入转换电路,便可转换成电量输出。
1-3衡量传感器静态特性的主要指标有哪些?说明它们的含义。
线性度:表征传感器输出-输入校准曲线与所选定的拟合直线之间的吻合(或偏离)程度的指标。
回差(滞后):反应传感器在正(输入量增大)反(输入量减小)行程过程中输出-输入曲线的不重合程度。
重复性:衡量传感器在同一工作条件下,输入量按同一方向作全量程连续多次变动时,所得特性曲线间一致程度。
各条特性曲线越靠近,重复性越好。
灵敏度:传感器输出量增量与被测输入量增量之比。
大学专业课考试复习资料--《传感器原理及应用》试题库含答案一:填空题(每空1分)1.依据传感器的工作原理,传感器分敏感元件,转换元件,测量电路三个部分组成。
2.半导体应变计应用较普遍的有体型、薄膜型、扩散型、外延型等。
3.光电式传感器是将光信号转换为电信号的光敏元件,根据光电效应可以分为外光电效应,内光电效应,热释电效应三种。
4.光电流与暗电流之差称为光电流。
5.光电管的工作点应选在光电流与阳极电压无关的饱和区域内。
6.金属丝应变传感器设计过程中为了减少横向效应,可采用直线栅式应变计和箔式应变计结构。
7.反射式光纤位移传感器在位移-输出曲线的前坡区呈线性关系,在后坡区与距离的平方成反比关系。
8.根据热敏电阻的三种类型,其中临界温度系数型最适合开关型温度传感器。
9.画出达林顿光电三极管内部接线方式:U C E10.灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感程度的特性参数。
其定义为:传感器输出量的变化值与相应的被测量的变化值之比,用公式表示k(x)=Δy/Δx 。
11.线性度是指传感器的输出量与输入量之间是否保持理想线性特性的一种度量。
按照所依据的基准之线的不同,线性度分为理论线性度、端基线性度、独立线性度、最小二乘法线性度等。
最常用的是最小二乘法线性度。
12.根据敏感元件材料的不同,将应变计分为金属式和半导体式两大类。
13.14.利用热效应的光电传感器包含光---热、热---电两个阶段的信息变换过程。
15.应变传感器设计过程中,通常需要考虑温度补偿,温度补偿的方法电桥补偿法、计算机补偿法、应变计补偿法、热敏电阻补偿法。
16.应变式传感器一般是由电阻应变片和测量电路两部分组成。
17.传感器的静态特性有灵敏度、线性度、灵敏度界限、迟滞差和稳定性。
18.在光照射下,电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应,入射光强改变物质导电率的物理现象称为内光电效应。
19.光电管是一个装有光电阴极和阳极的真空玻璃管。
第4章应变式传感器一、单项选择题1、为减小或消除非线性误差的方法可采用()。
A. 提高供电电压B. 提高桥臂比C. 提高桥臂电阻值D. 提高电压灵敏度2、全桥差动电路的电压灵敏度是单臂工作时的()。
A. 不变B. 2倍C. 4倍D. 6倍3、电阻应变片配用的测量电路中,为了克服分布电容的影响,多采用( )。
A.直流平衡电桥 B.直流不平衡电桥C.交流平衡电桥 D.交流不平衡电桥4、通常用应变式传感器测量( )。
A. 温度 B.密度C.加速度 D.电阻5、影响金属导电材料应变灵敏系数K的主要因素是()。
A.导电材料电阻率的变化 B.导电材料几何尺寸的变化C.导电材料物理性质的变化 D.导电材料化学性质的变化6、产生应变片温度误差的主要原因有()。
A.电阻丝有温度系数 B.试件与电阻丝的线膨胀系数相同C.电阻丝承受应力方向不同 D.电阻丝与试件材料不同7、电阻应变片的线路温度补偿方法有()。
A.差动电桥补偿法 B.补偿块粘贴补偿应变片电桥补偿法C.补偿线圈补偿法 D.恒流源温度补偿电路法8、当应变片的主轴线方向与试件轴线方向一致,且试件轴线上受一维应力作用时,应变片灵敏系数K的定义是()。
A.应变片电阻变化率与试件主应力之比B.应变片电阻与试件主应力方向的应变之比C.应变片电阻变化率与试件主应力方向的应变之比D.应变片电阻变化率与试件作用力之比9、制作应变片敏感栅的材料中,用的最多的金属材料是()。
A.铜 B.铂 C.康铜 D.镍铬合金10、利用相邻双臂桥检测的应变式传感器,为使其灵敏度高、非线性误差小()。
A.两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片B.两个桥臂都应当用两个工作应变片串联C.两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片D.两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片11、在金属箔式应变片单臂单桥测力实验中不需要的实验设备是()。
A.直流稳压电源 B.低通滤波器C.差动放大器 D.电压表12、关于电阻应变片,下列说法中正确的是()A.应变片的轴向应变小于径向应变B.金属电阻应变片以压阻效应为主C.半导体应变片以应变效应为主D.金属应变片的灵敏度主要取决于受力后材料几何尺寸的变化13、金属丝的电阻随着它所受的机械变形(拉伸或压缩)的大小而发生相应的变化的现象称为金属的()。
第32卷第6期 2 0 1 1年6月 兵 工 学 报
ACTA ARMAMENTARII VO1.32 NO.6
Jun. 2011
高精度V/F转换电路的温度补偿方法 董明杰,汪渤,石永生,高志峰 (北京理工大学自动化学院,北京100081)
摘要:通过对电荷平衡式V/F转换电路的理论分析,找出了V/F转换电路零位温度漂移及标 度因数温度漂移的主要影响因素。针对零位的漂移,提出了选择元器件的原则。在满量程输出为 200~200 kHz情况下,全温度范围内转换电路零位的变化不大于0.5 Hz.针对标度因数的漂移, 设计了一个结构简单的温度补偿电路,通过温度补偿,V/F转换电路的标度因数平均温度系数可以 控制在2 X 10 /℃以内。 关键词:电子技术;高精度;V/F转换电路;温度漂移;温度补偿 中图分类号:TJ765.3 文献标志码:A 文章编号:1000—1093(201 1)06—0758—06
A Temperature Compensation Method of High-precision V/F Converter DONG Ming—jie,WANG Bo,SHI Yong—sheng,GAO Zhi—feng (School of Automation,Beijing Institute of Technology,Beijing 100081,China)
Abstract:Through the theoretical analysis of charge balance type V/F converter,the main factors of the V/F converter zero temperature drift and scale factor temperature drift are found out.For zero drift,the principle of selecting components is proposed.The zero temperature drift from一40 cc to 60℃of the converter is not greater than 0.5 Hz in the range一200 kHz一200 kHz of the output frequency.For the scale factor temperature drift,a simple temperature compensation circuit is designed.Through the tern— perature compensation,the average temperature coefficient of the V/F converter scale factor can be con— trolled within 2 X 10一 /qC. Key words:electron technology;high—precision;V/F converter;temperature drift;temperature conl— pensation
0 引言 V/F转换电路具有抗干扰能力强、测量范围宽 以及测量信息不丢失等特性,作为信号转换电路被 广泛应用于捷联惯导系统内 。为了提高精度,捷 联惯导系统进行标定后才能使用,主要对惯性器件 及V/F转换电路的温度漂移进行标定补偿。由于 温度传感器一般安装在惯性器件内部,V/F转换电 路的温度与惯性器件内的温度有较大差异,若V/F 转换电路的温度漂移过大,在进行系统标定后的剩 余误差依然不能满足要求,因此,需要研究影响V/F 转换电路的温度漂移的因素,并找出减小温度漂移 的解决方案。 1 V/F转换电路结构和原理 V/F转换电路有两种常用类型:多谐振荡器式 和电荷平衡式。由于电荷平衡式比多谐振荡式的转 换电路精度明显高,因此在惯导系统中多采用电荷 平衡式的V/F转换电路。电荷平衡式转换电路根 据逻辑控制电路的不同,可分为恒流源变宽度反馈
收稿日期:2O10—06—29 作者简介:董明杰(1975 ),男,讲师,博士研究生。E-mail:dongmingjie@bit.edu.cn 第6期 高精度V/F转换电路的温度补偿方法 759 方案及恒流源等宽度反馈方案,由于恒流源等宽反 馈方案的线性度明显高于恒流源变宽反馈方案,在 高精度V/F转换电路中通常采用等宽反馈方案。 根据定时器的实现方式,又可分为RC积分式定时 器方案及时钟同步方案,由于采用时钟同步方案,可 以通过设计逻辑电路,使得反馈宽度与输入的高精 度时钟进行精确同步,定时准确,同时便于对输出频 率进行精确测试,因此,在高精度V/F转换电路中 通常采用时钟同步方案 。图1画出了高精度V/F 转换电路的实现框图。 C 图1 高精度V/F转换电路的结构框图 Fig.1 High—precision V/F Converter’s block diagram 根据图1,V/F转换电路由积分电路、比较电 路、逻辑控制电路、频标电路、开关电路、恒流源基准 电路及输出电路组成。其中,运算放大器 .及电容 c组成了积分电路,4 、A 为恒流源电路,D 、D 、 D 、R 、 、 组成了一路开关电路,D 、D 、D6、R:、 R 、R 、 组成了另外一路开关电路。 当被测电压 为正时,逻辑控制电路使得cF 信号恒为高电平, 三极管饱和导通,恒流源 将 电流通过 流人信号地端,不参与积分电路的工 作,负路输出信号.厂,一保持为高电平;当被测电压 为负时,逻辑控制电路使得CZ信号恒为低电平, 三极管饱和导通,恒流源A。将电流通过 。流入信 号地端,不参与积分电路的工作,正路输出. +保持 为高电平。从电路结构上看, >0时与 <0时, 电路中正负两部分可以分别独立工作,互不影响,在 下面分析时,只考虑Vx>0时的情况。 假定恒流源电流为,…,当 >0时,对积分电 容C充电,充电电流为, =V /R ,积分运放输出电 压逐渐减小,当减小到一定值时,比较电路输出高电 平,通过逻辑控制电路输出控制信号CZ为高电平, 三极管截至,恒流源电流从积分电路流出,电容 c上的电荷以恒定电流放电,放电电流为:,,=,…一 Vx/R ,积分运放输出电压开始增大,当增大到一定 程度后,比较电路输出低电平,通过逻辑控制电路输 出控制信号CZ为低电平,r,_三极管饱和导通,恒流 源电流通过 流入信号地,积分电路由 对电容 c充电,充电电流为, =V/R .如此循环,从整体上 看整个积分电路达到电荷平衡,由于采用等宽反馈 方案,每个周期内CZ信号的高电平时间固定,通过 测量CZ信号的频率,就可计算出恒流源流出积分 器的平均电流,从而可计算出被测电压。图2画出 了电路工作时积分运放的输出波形及开关电路的状 态波形
图2 V/F转换电路的输出波形 Fig.2 The V/F converter’s output waveform
2影响V/F转换电路精度的因素 若恒流源电流值为,…,频标信号的频率为 , 输入电流,I= ,输出频率为fx,通过设计逻辑电 路,选择合适的分频系数k,可以使得恒流源反馈时 1 问t,=k×÷,理想情况下,根据电荷平衡原理,输入
电流与恒流源反馈电流的平均值相等,即: 1 , 一×t1 ̄ix一…×k×÷ ̄fx,
于是可得: 1 f ÷× ×, . (1)
1根据式(1),理想情况下输出频率 与输入电
流, 成线性关系,从而与输入电压 成线性关系。 由于积分电路、恒流源切换电路等都存在着非理想 情况,只有充分分析各种影响因素,才能设计出高性 能的V/F转换电路 。
2.1积分电路漏电流的影响 由于运算放大器存在偏置电流及失调电压,同 时积分电容存在漏电流,使得电路中存在漏电流,考 虑的上述因素影响,积分电路的等效电路见图3. 根据图3,由运算放大器失调电压引起的漏电 760 兵 工 学 报 第32卷 图3 积分电路的误差等效电路图 Fig.3 The Integrator’S error equivalent circuit
流为  ̄io,由运算放大器偏置电流引起的漏电流为 , 积分电容C的漏电流为 .因此参与积分 电路充放电的电流中除了输入电流, 和反馈电流 外,还存在着一个很小的漏电流,该漏电流的值为 VioIo io+/
io(2)+ , (2)
于是式(1)可修改为 亡× 一,【】)=
÷× x, 一÷× ㈩ 从式(3)可以看出,积分电路的性能只影响V/ F转换电路的零位,不影响标度因数,从而不影响线 性度。 2.2恒流源切换电路的影响 从式(1)可以看出,恒流源切换电路会影响,… 的值,影响的途径有两条,首先,恒流源基准变化,真 实的恒流源值与理论值,…有一定误差,通过选择高 精度基准源,该误差可以忽略不计,因此,在后面的 公式计算仍旧使用,…;其次,恒流源切换过程存在 过渡过程 ,过渡过程中电流的值小于,…,这样使 得整个反馈时间内反馈电流的平均值减小,从而使 得输出频率大于理论值。图4是恒流源切换的过渡 过程示意图。 在图4中,t。 为恒流源的等效过渡过程,,…为 恒流源的幅值, .为恒流源流人积分电路时间,即恒 流源反馈宽度。假定过渡过程中电流的平均值为 , 则时间t 内电流的平均值为
图4 恒流源切换的过渡过程示意图 Fig.4 The switching diagram of the reference current source in the process of transition
[1—1一i1)× ton]x,… . (4) 根据式(4),时间t 内电流的实际值与理论值 的误差为
I—I,l t。 ×—竺 +(tl—t。 )×, .一tI×,“ 凡 t1×I
t( 一 ) (5)
用式(4)替换式(3)中的, 得到一个考虑到 恒流源过渡过程的转换关系式 ÷等, 一 等,o=
1 k Io
,
(6) 从式(6)看出,恒流源切换过程中存在过渡过 程,导致V/F转换电路的标度因数及零位都有误 差。 2.3 分频系数 及频标 的影响 从式(6)可以看出,当分频系数k及频标 ,发 生变化时,输出频率 也会跟着变化。由于分频系 数k可以通过数字逻辑、时序电路精确实现,不会随 着温度等因素的改变而改变,可忽略 值变化对输 出频率 的影响。频率信号并不能直接被计算机 读取,需要设计频率测试电路,将频率信号转换成数 字信号,才能被计算机读取。 在捷联惯导系统中,常用定时计数的方法测试 频率,即设定一个精确的计数时间,在该时间内计算 通过的脉冲个数,用计算的脉冲个数除以定时时间 即可得出测试频率。 为了阐述方便,将式(6)简化如下