传感器和信号调理电路运放
多种温度传感器信号调理电路设计
多种温度传感器信号调理电路设计兀伟;王航宇【摘要】For measuring multi-point temperature of a specimen, and the temperature span, but also to achieve the required accuracy,this paper describes several signal regulated circuits for different types and outputs temperature sensors, such as ADS90, PT1000, and K-type thermocouple. Power supply circuit, signal transmission conversion circuit and amplifier circuit are designed,which achieves the outputs from 1to 5 volt standard signal. In the laboratory using high-precision voltage and current source and resistor box thermoconple, ADS90, and the PT1000 simulation results show that the method is feasible, the relative accuracy of the conditioning circuit can reach 0.1.%为了测量某试件多点温度，且温度跨度很大，还要达到要求精度，本文利用几种不同类型的传感器（AD590、PT1000和K型热电偶）进行采集，其输出形式（电流源、电阻和热电势）和大小均不相同，设计了电源电路、信号转换电路和放大抬升电路．使各种传感器的输出达到统一的1-5V的标准信号；在实验室利用高精度电压、电流源和电阻箱分别对热电偶、AD590和PT1000进行模拟，结果表明该方法可行，调理电路的相对精度可达到0．1级。
4 信号调理电路
4.1.1霍尔传感器信号调理电路
当有钢球滚过传感器时，传感器UGN-3501T可以输出20mV的脉冲； 脉冲信号经22μF电容耦合再经运放放大后，输入至三极管的基极； 运算放大器主要起到阻抗匹配作用，为功率放大三极管提供足够的 驱动电流； l0K电阻和 22μF电容构成去噪声电路。
I 4 I5 I 6 I 4 U R U / R
I1 I 2 I 3
I2 U / R
I1 U R U / R
UR / R U 1 / R 1 / R f 1 / Rx
I5 U / R f
I6 U / Rx
I3 U Uo / Rf
Rx 1 R
1
U R Uo R 2 R / Rf Rf
U
U R / R Uo / R f 2 / R 1/ R f
UR / R U 1 / R 1 / R fR f 2 / R 1/ R f
U R Uo R 1 1 1 R / R f Rf
霍尔传感器与TTL电平接口电路
TTL集成电路的全名是晶体管-晶体管逻辑集成电路（Transistor-Transistor Logic)，5V电源，输入高电平≥2V，输入低电平≤0.8V；输出高电平≥2.4V， 输出低电平最大≤0.4。 CMOS电路输入电阻极大，对干扰信号敏感，因此不用的输入端接地或接 电源，输入高电平≥0.7VCC，输入低电平≤0.2VCC；输出高电平≈VCC， 输出低电平≈GND。 因此，在系统供电5V情况下，CMOS电路可以直接驱动TTL，反之不行。 UGN -3000是集电极开路型输出，需外接上拉电阻。电阻R作为霍尔元件 的集电极电阻，电容C是高频噪声信号的旁路电容，74LS14施密特触发器 对霍尔元件输出的电平信号整形，使之符合TTL电平标准。
传感器与信号调理电路
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训练目的
►建立对测试系统的初步认识。 ►掌握一种常用的信号调理器件——运算
产生标准信号 调试和维修时，模拟传感器的输出信 号
示波器
测量并显示电路 中不同点的信号
运算放大器
►简称运放，是一种包含许多晶体管的集成电 路，常用于信号调理；
►具有高放大倍数，高输入电阻，低输出电阻 ►能完成加、减、乘、除、微积分等多种运算
而被称为运算放大器。当然应用范围远不止 运算。
运算放大器
传感器
►本质：将被测量从一种能量形式转换成另一 种能量形式，并作为可用信号输出；
►狭义的传感器：被测量电信号； ►分类：
按输入端被测量分：力，温度，转速，位移等 按转换原理分：应变式，差动式等 按输出量分：模拟式，数字式。
信号调理电路
► 传感器的输出信号往往很微弱，或波形不适当， 或信号形式不适合，不能直接用于工业系统的状 态显示和控制。
放大器。 ►了解常用信号调理电路的基本输入输出
特性。
设备与器材
►信号发生器 ►双踪示波器 ►自制电路板 ►各色导线若干
现场 物理量
测量系统的构成
传感器
信号调理 电路
显示装置
►传感器：能感受规定的被测量，并按一定规 律将其转换成可用信号的器件或装置；
►信号调理电路：对传感器的输出信号施行一 定预处理的装置，使信号适于显示或控制。
－
Ud=0
同相输入端
U-
电子称重传感器及信号调理电路
电子称重传感器及信号调理电路燕山大学课程设计说明书题目：精密四应变片称重传感器信号调理电路设计学院（系）：电气工程学院年级专业： XX学号： XX学生姓名： XX指导教师： XX教师职称： XX燕山大学课程设计（论文）任务书院（系）：基层教学单位：学号Xx学生姓名Xx专业（班级）Xx设计题目精密四应变片称重传感器信号调理电路设计设计技术参数设计要求工作量工作计划参考资料指导教师签字基层教学单位主任签字说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。
月日燕山大学课程设计评审意见表指导教师评语：成绩：指导教师：年月日答辩小组评语：成绩：组长：年月日课程设计总成绩：答辩小组成员签字：年月日目录第1章摘要 (1)第2章引言 (2)第3章基本原理 (3)第4章参数设计及运算 (5)4.1 结构设计 (5)4.2 电容设计与计算 (8)4.3 其他参数的计算 (10)4.4 测量电路的设计 (12)第5章误差分析 (14)第6章结论 (16)心得体会……………………………………………… (17)参考文献 (18)第1章摘要在分析重力传感器信号特性的基础上，模块化地设计了称重传感器信号的调理电路并对其进行了仿真实验。
结果表明：电路能实时、准确地处理信号，且工作稳定，可靠，重复性好，抗干扰能力强，可实现精密测量的目的。
第2章引言随着现代数据采集系统的不断发展，对高精度信号调理技术的要求也越来越高。
由于传感器输出的信号往往存在温漂、信号比较小及非线性等问题，因此它的信号通常不能被控制元件直接接收，这样一来，信号调理电路就成为数据采集系统中不可缺少的一部分，并且其电路设计的优化程度直接关系到数据采集系统的精度和稳定性。
在称重传感器信号检测中，检测精度受到诸多因素的影响，其中电桥激励电压源的精度和稳定度是影响信号精确度的重要因素之一。
电桥输出与激励电压成正比，因此，激励电压出现任何漂移都将导致电桥输出出现相应的漂移。
霍尔型传感器信号调理电路的设计
霍尔型传感器信号调理电路的设计【摘要】所谓信号调理就是通过电子元器件的有机组合，对传感器输出的信号进行调节、变换和整理的过程。
信号调理电路的具体设计需要综合考虑数据采集的目的、现场环境及控制系统的算法设计等各种因素。
本文论述了霍尔型电压、电流传感器信号的调理电路的具体实现方法，并应用试验方法验证了电路的可靠性等有关特征参数。
【关键词】传感器；信号调理；放大器；电路设计；霍尔当代社会中在工业控制等方面，经常要将电流、电压、温度、湿度等模拟量转换成数字量，然后在微处理器内作进一步运算和处理，完成相应的数据存储、数据传输和数据输出，达到分析和控制的目的。
模拟量的采集一般使用传感器来将它们转换为电气量来进行处理。
然而传感器送出的信号往往不能满足处理器输入信号的要求，这就需要我们设计相应的信号调理电路来把这种不合要求的信号变换为符合处理器输入信号要求的信号。
此电路设计的优化程度如何，直接关系到微处理器采集到的信号的准确程度。
霍尔型电压、电流传感器具有结构简单、体积小、坚固、频率响应宽、动态范围大、无触点、使用寿命长、可靠性高、易微型化和集成化等优点，在测量技术、自动化技术和信息处理等新技术领域得到广泛的应用。
本文就其输出信号特点设计了相应的信号调理电路，并且通过实验验证了所设计电路的可行性及可靠性。
1 霍尔型传感器霍尔传感器是一种磁传感器。
用它可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。
它采用双电源供电，可采集电压、电流等电气信号，输出信号可以是电压信号，也可以是电流信号。
本文以LV28-P型霍尔电压传感器为例说明霍尔型传感器输出信号调理电路的设计过程。
传感器LV 28-P的原边与副边之间是绝缘的，主要用于测量直流、交流电压和脉冲电压。
其各参数指标如下：1）电参数IP N：原边额定有效值电流10mA IS N：副边额定有效值电流25mAKN：转换率2500：1000 VC：电源电压（±5%）±15V2）精度-动态参数XG：总精度@IP N，TA = 25℃±0.6 %IO T ：IO 的温漂：0℃～+25℃± 0.2mA+25℃～70℃± 0.3mATr：响应时间@90% of VPmax 40μs。
传感器与信号调理电路完整 ppt课件
uip-p(V) uop-p(V) 0.4 0.8 1.2 1.8 2.5
uop-pR1R +1R2uip-p11uip-p
临界饱和时：
uˆ ip -p
; uˆ o p -p
。
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传感器与信号调理电路完整
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传感器与信号调理电路完整
“放大”的含义及工作特性曲线 Vo
V-
E+ -
E+-0.3
Vi
线性放大区
V+
面包板的插孔间距、集成电路封装
软尺寸与硬尺寸
软引线尺寸：元器件安装到面包板或印制电路板上时，元器件对 焊盘间距要求不是很严格，如：普通电阻、电容、小功率三极管、 二极管等；
硬引线尺寸：元器件对安装尺寸有严格要求，如：大功率三极管、 继电器、电位器、集成电路。
DIP封装：双列直插封装，一般管脚数小于100
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传感器与信号调理电路完整
“放大”的含义及工作特性曲线 Vo
V-
E+ -
E+
Vi
线性放大区
V+
+
Vo
E-
0
V oA V i A (V +-V -)
反向截止
E“放大”的含义
正向饱和
Vi
Vo∈( E- , E+ )
运放的工作特性曲线
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传感器与信号调理电路完整
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信号调理电路
信号调理电路信号调理电路就是信号处理电路，把模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出或其他目的的数字信号。
是指利用内部的电路，如滤波器、转换器、放大器等来改变输入的讯号类型并输出。
在实际应用中工业信号有些是高压，过流，浪涌等，不能被系统正确识别，必须调整理清。
信号调理电路原理信号调理电路往往是把来自传感器的模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号。
模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、力、流量、运动、位置、PH、光强等。
但是传感器信号不能直接转换为数字数据，因为传感器输出是相当小的电压、电流或变化，因此，在变换为数字数据之前必须进行调理。
调理就是放大，缓冲或定标模拟信号，使其适合于模/数转换器（ADC）的输入。
然后，ADC对模拟信号进行数字化，并把数字信号送到微控制器或其他数字器件，以便用于系统的数据处理。
信号调理电路技术1.放大放大器提高输入信号电平以更好地匹配模拟－数字转换器（ADC）的范围，从而提高测量精度和灵敏度。
此外，使用放置在更接近信号源或转换器的外部信号调理装置，可以通过在信号被环境噪声影响之前提高信号电平来提高测量的信号－噪声比。
2.衰减衰减，即与放大相反的过程，在电压（即将被数字化的）超过数字化仪输入范围时是十分必要的。
这种形式的信号调理降低了输入信号的幅度，从而经调理的信号处于ADC范围之内。
衰减对于测量高电压是十分必要的。
3.隔离隔离的信号调理设备通过使用变压器、光或电容性的耦合技术，无需物理连接即可将信号从它的源传输至测量设备。
除了切断接地回路之外，隔离也阻隔了高电压浪涌以及较高的共模电压，从而既保护了操作人员也保护了昂贵的测量设备。
4.多路复用通过多路复用技术，一个测量系统可以不间断地将多路信号传输至一个单一的数字化仪，从而提供了一种节省成本的方式来极大地扩大系统通道数量。
多路复用对于任何高通道数的应用是十分必要的。
5.过滤滤波器在一定的频率范围内去处不希望的噪声。
压力传感器调理电路的设计
资料范本本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载压力传感器调理电路的设计地点：__________________时间：__________________说明：本资料适用于约定双方经过谈判，协商而共同承认，共同遵守的责任与义务，仅供参考，文档可直接下载或修改，不需要的部分可直接删除，使用时请详细阅读内容天津大学毕业设计（论文）题目：压力传感器信号调理电路的设计学院电气与自动化工程学院专业电气自动化技术学生姓名汪文腾学生学号 4009203024指导教师陈曦提交日期 2012年 6月 2日摘要随着微电子工业的迅速发展，压力传感器广泛的应用于我们的日常生活中，为了使同学们对压力传感器有较深入的理解。
经过综合的解析选择了由实际中的应用作为研究项目，本文通过介绍一种基于压力传感器实现的实际电路搭建的设计方法，该控制器以压力传感器为核心，通过具备运放来实现放大电路等功能。
另外，使用运放的压力传感器再实际电路搭建中被广泛应用。
通过对模型的设计可以非常好的延伸到具体的应用案例中。
关键词：压力传感器；运放；电路；目录TOC \o "1-3" \h \z \u HYPERLINK \l "_Toc326965022" 第一章绪论 PAGEREF _Toc326965022 \h 1HYPERLINK \l "_Toc326965023" 1.1器械基本组成及制作工艺PAGEREF _Toc326965023 \h 1HYPERLINK \l "_Toc326965024" 1.2压力传感器 PAGEREF_Toc326965024 \h 3HYPERLINK \l "_Toc326965025" 1.2.1压力传感器的原理 PAGEREF _Toc326965025 \h 3HYPERLINK \l "_Toc326965026" 1.3通过运放实现的放大电路的压力传感器 PAGEREF _Toc326965026 \h 4HYPERLINK \l "_Toc326965027" 1.3.1三运放差分放大电路 PAGEREF _Toc326965027 \h 4HYPERLINK \l "_Toc326965028" 1.3.2 UA741运放型号的介绍PAGEREF _Toc326965028 \h 5HYPERLINK \l "_Toc326965029" 1.3.3运算放大器在实际中的应用PAGEREF _Toc326965029 \h 5HYPERLINK \l "_Toc326965030" 第二章电路仿真 PAGEREF_Toc326965030 \h 6HYPERLINK \l "_Toc326965031" 2.1 EWB简介 PAGEREF_Toc326965031 \h 6HYPERLINK \l "_Toc326965032" 2.2 EWB5.0的基本功能 PAGEREF _Toc326965032 \h 6HYPERLINK \l "_Toc326965033" 2.2.1建立电路原理图方便快捷PAGEREF _Toc326965033 \h 6HYPERLINK \l "_Toc326965034" 2.2.2用虚拟仪器仪表测试电路性能参数及波形准确直观 PAGEREF _Toc326965034 \h 6HYPERLINK \l "_Toc326965035" 2.3实际电路的搭建流程 PAGEREF _Toc326965035 \h 7HYPERLINK \l "_Toc326965036" 2.4实际电路在EWB上的波形图PAGEREF _Toc326965036 \h 11HYPERLINK \l "_Toc326965037" 第三章实际电路的搭建 PAGEREF _Toc326965037 \h 21HYPERLINK \l "_Toc326965038" 3.1实际实验电路的搭建 PAGEREF _Toc326965038 \h 21HYPERLINK \l "_Toc326965039" 第四章误差分析 PAGEREF_Toc326965039 \h 24HYPERLINK \l "_Toc326965040" 4.1误差分析 PAGEREF_Toc326965040 \h 24HYPERLINK \l "_Toc326965041" 第五章总结与展望 PAGEREF _Toc326965041 \h 24HYPERLINK \l "_Toc326965042" 5.1总结 PAGEREF_Toc326965042 \h 24HYPERLINK \l "_Toc326965043" 5.2展望 PAGEREF_Toc326965043 \h 25HYPERLINK \l "_Toc326965044" 致谢 PAGEREF_Toc326965044 \h 26HYPERLINK \l "_Toc326965045" 参考文献 PAGEREF_Toc326965045 \h 27第一章绪论传感器是将各种非电量(包括物理量、化学量、生物量等)按一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量(一般为电量)的装置。
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i R2 100kW
ui
Vr
+
R1 10kW
+10V -
uo
uiБайду номын сангаас
R3 10kW
uo
+ -10V
开环方式
反馈方式
输出端与输入端之间除 地线外没有连接； 如：比较器。
有信号从输出端经过某 种电路回到输入端，构 成反馈回路。
2018/11/21
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14
正确理解运放的“工作方式”
运放内部并没有所谓的“工作方式”，它只会按
照运放的工作特性曲线工作（即对所有的“工作 方式”都一样）；
所谓的“工作方式”是依运放的外部连接而引入
的说明。
2018/11/21
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运放的分析方法——三步走
虚断：把电路分为两个电阻串并联的支路； 虚短：V+=V-，即两个支路之间的关系； 使用电阻串并联的方法求解（设电流
调试和维修时，模拟传感器的输出信号
示波器：测量并显示电路中不同点的信号；
直流电源：为系统各部分供电； 万用表：最方便的检测仪器
可测量电压、电流、电阻、电容、电感、温度……
2018/11/21 西安交通大学工程训练中心 6
集成运算放大器
集成运算放大器是一种高放大倍数的直接耦合放
大器件； 完成信号放大、信号运算（加、减、乘、除、对 数、反对数、平方、开方等）、信号处理（滤波、 调制等）以及波形的产生和变换等功能； 由于集成运放具有性能稳定、可靠性高、寿命长、 体积小、重量轻、耗电量少等优点，得到了广泛 的应用； 注意：集成运算放大器是一个有源器件。
2018/11/21 西安交通大学工程训练中心 7
运算放大器
运算放大器的符号以及常见的运算放大器：
V+ VE+
+
OP07
Vo
8 +V 7 6 5
LM324
14 13 12 11 GND 或－V 10 9 8
E-
-
+
_ +
1
OP07 +
+
324
+ + -
+V
2 3 4 -V
1
2
3
4
5
6
7
管脚起始
2018/11/21 西安交通大学工程训练中心 4
典型测量系统的组成
直流电源
现场 物理量
测量系统
可用 信号
传感器
信号调理 电路
显示装置
控制装置 万用表
信号发生器
示波器
2018/11/21 西安交通大学工程训练中心 5
常用仪器在测量系统中的应用
信号发生器：产生标准信号（不同波形种类、不
同频率和幅值的信号）；
VVi V+
+ EE+ -
Vo
E+
Vo
线性放大区
正向饱和
0
Vi
Vo AVi A(V+ -V- )
“放大”的含义
反向截止 E运放的工作特性曲线
Vo∈( E- , E+ )
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理想运算放大器
理想运放是一个高增益、高输入电阻、低输出电阻的器件。
1反相输入端
i1
R2
ui
a
uib
uo
R1 R3 i2 R4 +
uia
uo
单端输入方式
差动输入方式（双端输入）
一端接输入信号，另一 端接地（或通过电阻接 地） 同相输入 反相输入
输入信号V1和V2同时加在同相 端1和反相端2上 Vi＝V1－V2
2018/11/21
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开环方式与反馈方式
2018/11/21 西安交通大学工程训练中心 3
信号调理电路
问题：
传感器的输出信号往往很微弱，或波形不适当，或信 号形式不适合，不能直接用于工业系统的状态显示和 控制。
解决：电压放大、整形、电流－电压转换、频率
－电压转换等； 信号调理电路：对传感器的输出信号施行一定预 处理的装置，使信号适于显示或控制。 主要技术：电子技术——运算放大器 测量同一被测量：不同的测量方法不同的传感 器及相应的信号调理电路。 同一传感器可以用于不同的工业系统。
工业系统测量
传感器与信号调理电路
引言
如何测量你的体温？
包括：获取温度信号以及处理温度信号
温度测量系统
温度 电信号
温度 传感器
信号 预处理
符合要求 的信号
本讲我们将了解测量系统的组成，包括信号的获
取以及信号的预处理。另外，着重介绍在信号处 理中使用最多的器件：运算放大器。
2018/11/21 力的测量与差动放大 2
2018/11/21
朝左
管脚序号逆时针方向增长！！
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运算放大器
运算放大器简称为运放； 运放有两个输入端：
同相输入端 反相输入端 有单端和差动两种输入方式
一个输出端；
VVi V+
E+ + E9
Vo
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运算放大器
“放大”的含义及工作特性曲线
若同相端（反相端）接地，即同相端（反相端）电位为 零，则反相端（同相端）电位也为零，称为“虚地”；
在输入一侧考虑电流关系时：反相输入端与同相
输入端之间的电流为零，称为“虚断”。
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单端输入与差动输入
i
R1 10kW R2 100kW +10V + R3 100kW -10V
被测量
可用信号
传感器
物理量 化学量 生物学量
传感器
传感器定义：能感受某种信息（被测量），并 按一定规律将其转换成可用信号的器件或装置；
可用信号：某一定场合中便于传输和处理且可以使用 的信号，常是电量。
传感器的本质：将被测量从一种能量形式转换 成另一种能量形式，并作为可用信号输出； 狭义的传感器：被测量电信号； 传感器是工业系统的感官，获取工业系统中的 位置、转速、温度、液位、压力等信息； 对传感器的要求：线性度好、无滞环误差、特 性稳定、测量范围宽、响应迅速。
虚通 Vo Vo ( E- , E+ ) V =V Vi 0 + - 虚短 A A
ri
ri
Ii=0
虚断
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考虑电流 11
理想运算放大器 I 0
i
1
_
Vi 0
3
V2 V1
2
+
Vo
在输入一侧考虑电压关系时：反相输入端与同相
输入端的电压相等，称为“虚通”或“虚短”；
1
_
V2 V1
Vo AVi A(V+ -V- )
A很大，1000以上 ri很大，兆欧以上 ro很小，可以忽略 Vo有限，电源电压范围内
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Vi
2
ri
_ AVi +
ro
3
+
Vo
考虑电压
2同相输入端 A→∞ ri→∞ ro→0 Vi Vi 0 0 Vo∈(E-,E+) I i