传感器及其信号调理技术

本书可作为自动化、电气工程及其自动化、机电一体化等专业的本科教材或教学参考书，也可作为工程技术人员自学的读本。

出版时间: 2012-01-01

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装 帧: 平装

开 本: 16开

所属分类: 图书>科技>电子与通信

一般压力传感器中都会有一个信号调理器，它是功能是补偿传感器在不同温度下的误差。现在，市场上能够买到多种型号的信号调理器，信号调理器的功能也多样化，它们可以精确地放大压力传感器信号、补偿传感器的温度误差，并且能够直接控制校准过程。信号调理器还可以调节不同的信号来满足不同客户的需求。

压力传感器使用在不同的坏境需要不同的输出，比如汽车工业要求信号调理器提供0.5V~4.5V输出，工业和过程控制应用通常要求4mA~20mA输出，而测试设备输出要求0~5V的输出范围。通过采用多电压量程或电流输出的信号调理器，设计人员无须为每个应用设计一个电路板。有些信号调理器允许设计工程师在多达100个温度补偿点校准传感器输出，使工程师能够按照误差与压力传感器温度曲线之间的关系进行匹配，从而减小温度对传感器的影响。可修正的误差包括整个温度范围内的零点和满量程增益误差。温度传感器用来跟踪压力传感器的环境温度。

信号调理器目前已经有很多公司能够生产，但是能对信号调理器校准的系统的不是很多，所以开发出能够校准信号调理器的系统非常必要。信号调理器不仅仅是在压力传感器中有应用，很多传感器中都需要用到信号调理器，所以要想发展更高性能的传感器首先需要有高性能的信号调理器。

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。几乎所有的数据采集应用都会受到一定程度的50Hz或60Hz的噪声(来自于电线或机械设备)。大部分信号调理装置都包括了为最大程度上抑制50Hz或60Hz噪声而专门设计的低通滤波器。

6.激励

激励对于一些转换器是必需的。例如，应变计，电热调节器，和RTD需要外部电压或电流激励信号。通常RTD和电热调节器测量都是使用一个电流源来完成，这个电流源将电阻的变化转换成一个可测量的电压。应变计，一个超低电阻的设备，通常利用一个电压激励源来用于惠斯登(Wheatstone)电桥配置。

7.冷端补偿

冷端补偿是一种用于精确热电偶测量的技术。任何时候，一个热电偶连接至一个数据采集系统时，您必须知道在连接点的温度(因为这个连接点代表测量路径上另一个"热电偶"并且通常在您的测量中引入一个偏移)来计算热电偶正在测量的真实温度。