智能传感器仿真加速信号调节系统的设计

传感器仿真器可视作黑箱

有些工程师也许会问，为何提高精度并不能解决问题，比如采用精密电源(如毫伏校正器)模拟传感器输出。使用电压源模拟传感器输出的主要问题 是它不能用传感器的激励电压调制。传感器的电子器件通常用改变传感器激励电压的方式校正非线性，当传感器用于放射滴定时也会变化。在这种模式下，传感器和 电子器件共用一个电源。测试放射滴定电源抑制很难用精确的电源实现。

在模拟传感器的时候需要三个精确电源。一个用于共模信号，一个用于差分信号，另一个用于温度信号(参见图5)。这种设置比本文建议的仿真器方式成本高，而且它需要对每个传感器输出配置进行重设置。而仿真器输出配置仅需设置一次，并通过旋转开关选择。

图5 温度信号电源

仿真传感器所需的三个精密电压源其中之一。

传感器仿真器的简单实施

Wheatstone桥传感器的仿真器有多种实现方式。这里介绍的方式非常直观，它采用整形电位计和旋转开关，如果使用更复杂的方法，可以用D/A转换器、微控制器、PC接口和相关软件。这两种方法有各自的优势，用直观的方式可避免使用软件。

图5 介绍了传感器仿真器的单个通道和。完整的设计使用十一个通道和旋转开关以产生十一个独特的输出状态。这十一种不同的输出状态通常用于模 拟不同激励下在三种不同温度时的传感器输出。使用这种配置是因为，大多数常用传感器校正算法需要三个不同温度和三种不同程度的激励。通过调节R8(精调时 使用R9)产生差分信号。使用图中所示的元件，激励电压为5V时，电路输出范围为±25mV。数小时的测量稳定度约为0.03%。该电路的输出范围可通过 改变R7和R10来实现。例如，激励电压为5V时，使用1k欧电阻可将范围变为±250mV。这样电路可用于模拟不同范围的传感器输出，提高精度和可重复性。

该传感器仿真器还可以模拟温度输出信号。大多数传感器内置了简单的温度传感器以监视桥传感器温度。前文已经提及传感器通常用二极管产生温度信号，或者使用桥电阻的温度系数(the Rt method).

图6 产生Rt温度信号

图6解释了如何产生Rt温度信号。R2和R3用于模拟桥电阻的温度系数，R4用于温度传感器电阻Rt。

如何产生Rt温度信号的仿真

相同的阻性分压器可用于产生常温、高温和低温信号。该电路的另一优势是Rt温度信号可通过传感器的激励电压调制。U3和U4缓存温度输出信 号，可用于调节传感器输出信号，这样传感器输出信号相当于串联桥。温度感应的二极管方法仅需用阻性分压器代替二极管即可实现。而且同样的电路也可与旋转开 关共同使用以产生室温、高温和低温信号。