CN102080994A - 应变桥电路的隔离测量技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应变桥电路的隔离测量技术，它的测量方法是采用为电桥电路的变压器隔离激励、电桥电路的变压器隔离测量，其为激励信号SV+、SGND、功率放大器Q401、Q402、变压器及电阻R401-R404、电容C401、C402组成，在变压器的右侧并联接有电阻R404及电容C402，其中电阻R404是与电容C402串联后再与变压器相接，激励信号SV+、SGND为右侧激励端，在变压器的左侧输出端分别接有功率放大器。其桥电路无需要用到有源器件，整个测量桥路只有电阻和变压器，降低了成本；且大大提高了测量应变热电阻及应变片变压器的测量精度。

Description

应变桥电路的隔离测量技术

技术领域

本发明涉及一种桥电路的力或温度传感器的测量领域的技术，具体是应变桥电路的隔离测量技术，该隔离测量技术主要应用于热电阻和变压器的测量。

背景技术

热电阻是一种常用的温度传感器，如PT10、PT100、PT1000，将热电阻连接在一测量电路中，测量电路输出与热电阻阻值呈单调关系的电压，即可测得其温度值。PT100热电阻，是工业现场最为常用的一种高精度和良好互换性的温度传感器，主要用于-200～650摄氏度范围内的温度的测量，测量精度高，能到0.1摄氏度的精度。

目前常规的热电阻测量方法是：一般采用电桥法，用运放构成仪表放大器，用三线制接法来抵消引线电阻的影响，如图7所示。桥激励信号VREF激励由R8、R9、R10和温度传感器构成的桥电路，桥的误差信号经过由AR1、AR3和AR2构成的标准仪表放大器放大后输出形成VO，根据VO的电压计算温度。在电路中用到模拟放大器件，而模拟放大器容易受到温度漂移和电磁干扰的影响，而且隔离一般采用线性光耦设计，实现困难，精度低，且隔离成本高。

由应变片构成的桥电路广泛应用于各种衡器，各种力传感器，扭矩传感器等，用于力或者重量的测量。应变片的信号极其微弱，一般信号电压在满量程在1mV或者几个mV，测量之中必须用到放大器，需要放大100甚至上千倍，放大器的失调电压和失调电压的温度漂移大大影响了测量的精度，而且由于不同金属结合形成的热电偶，在不同的温度梯度下都会造成相当大的误差。而且由于其放大倍数大，很容易受到外界信号的干扰，其电路图如图8所示。

因此本申请人发明了应变桥电路的隔离测量技术，提高了如上述热电阻及变压器的测量精度。

发明内容

本实发明的目的是提供一种应变桥电路的隔离测量技术，该应变桥电路的测量技术在测量热电阻时，测量电路部分没有有源器件，整个测量桥路只有电阻和变压器，电路隔离只需要音频变压器，成本低，不易受到温度漂移和电磁干扰的影响，***精度不受***器件的精度影响；该应变桥电路的测量技术在应变片测量电桥电路的变压器隔离激励及测量进，其适用于各种应变片的测量，其电路隔离，不受放大器失调电压漂移，热电偶效应的影响。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种应变桥电路的隔离测量技术，它的测量方法是采用为电桥电路的变压器隔离激励、电桥电路的变压器隔离测量。

其为激励信号SV+、SGND、功率放大器Q401、Q402、变压器及电阻R401-R404、电容C401、C402组成，在变压器的右侧并联接有电阻R404及电容C402，其中电阻R404是与电容C402串联后再与变压器相接，激励信号SV+、SGND为右侧激励端，在变压器的左侧输出端分别接有功率放大器。

它为应变桥电路热电阻变压器的隔离测量。

它为应变桥电路应变片变压器的隔离测量。

采用上述方案后，本发明采用电桥电路的变压器隔离激励、电桥电路的变压器隔离测量，使得测量中其桥电路无需要用到有源器件，整个测量桥路只有电阻和变压器，降低了成本；且大大提高了测量应变热电阻及应变片变压器的测精度。

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

附图说明

图1为本发明的激励原理电路结构图；

图2为本发明应变热电阻的隔离测量参考桥电路图；

图3为本发明应变热电阻的隔离测量的测量电路图；

图4为图1输出的波形图；

图5为本发明应变片变压器的隔离测量参考桥电路图；

图6为本发明应变片变压器的隔离测量激励参考电路图，

图7为现有技术的应变热电阻的测量参电路图；

图8为现有技术的应变片变压器的测量参电路图。

图号说明：

10变压器B激励端A输出端

具体实施方式

一种应变桥电路的隔离测量技术，是采用其热电阻测量桥电路的变压器隔离激励，热电阻测量桥电路的变压器隔离测量。该应变桥电路的隔离测量技术，如图1所示，其为激励信号SV+、SGND、功率放大器Q401、Q402、变压器10及电阻R401-R404、电容C401、C402组成，在变压器10的右侧并联接有电阻R404及电容C402，其中电阻R404是与电容C402串联后再与变压器10相接，激励信号SV+、SGND为右侧激励端B，在变压器10的左侧输出端A分别接有一个功率放大器，如图1、4所示。

实施例一：

应变热电阻的隔离测量，其激励原理，配合图1-4所示，功率放大器Q401、Q402功率放大后经过变压器10耦合后在右侧激励端B：SV+和SGND端产生一个电压为±5V的接近交流激励信号，信号频率为500HZ左右。激励信号SV+、SGND在图2中，通过一个标准的桥电路，得到一个100欧标准电阻，与一个200殴标准电阻的差值的输出交流信号加在PT402的1、3端，经PT402隔离后，输出到REF端，作为参考输出，配合图4所示。

实际测量电路如图3所示，R103为0摄氏度PT100的电阻值，待测电阻温度传感器103的电阻为R，则在SV+和SGND信号的激励下，电桥在0摄氏度时平衡，输出信号为0，在高于0摄氏度时，电桥输出为与REF同相的交流信号，低于0摄氏度时输入与REF反相的交流信号，经过变压器PT301隔离后形成VO1输出。

在温度测量中，需要通过测量VO电压值和REF的电压值，通过VO/REF经过运算得到温度的值，通过比较VO与REF电压的相位得到温度的符号值，这样就可以测量高于0摄氏度和低于0摄氏度的温度。

实施例二：

应变片变压器的隔离测量，配合图1、4图5-6所示，功率放大器Q401、Q402功率放大后经过变压器10耦合后在激励信号SV+和SGND端产生一个电压为±5V的接近交流激励信号，信号频率为500HZ左右。

测量桥路的R8、R9、R10、R11产生的误差信号为交流信号，经过PT402隔离后，形成VO，由于VO是交流信号，其放大就变得相对简单，不必考虑放大器的失调电压，失调温度漂移，由于不同金属连接形成的热电偶效应，也可以完全避开放大器的低频噪声(如散弹噪声等)，而且由于变压器有非常强的共模信号抑制能力，使得电路的抗干扰能力大大提高，而且放大可以采用带宽很窄的放大器，大大提高了抗干扰能力。

为了准确测量，还需要测量激励信号的大小，交流激励信号经过PT403隔离后形成VO。

在应变测量中，需要通过测量VO电压值和REF的电压值，通过VO/REF经过运算得到桥的应变值，通过比较VO与REF电压的相位得到应变的方向。

如图5-6所示，在变压器隔离测量的右侧，只有被测元件，没有半导体器件，电路中巧妙的应用变压器交流激励和桥输出交流信号的变压器隔离实现了测量被测回路没有半导体器件，电路隔离成本低，不易受到温度漂移和电磁干扰的影响，***精度只取测量桥精度，而与其他因素无关。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化。如半桥和1/4桥电路的测量，其测量和激励原理与上述两实施例的测量和激励原理是一样的。因此，所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求限定。

Claims (4)

1.一种应变桥电路的隔离测量技术，其特征在于：它的测量方法是采用为电桥电路的变压器隔离激励、电桥电路的变压器隔离测量。

2.如权利要求1所述的应变桥电路的隔离测量技术，其特征在于：其为激励信号SV+、SGND、功率放大器Q401、Q402、变压器及电阻R401-R404、电容C401、C402组成，在变压器的右侧并联接有电阻R404及电容C402，其中电阻R404是与电容C402串联后再与变压器相接，激励信号SV+、SGND为右侧激励端，在变压器的左侧输出端分别接有功率放大器。

3.如权利要求1所述的应变桥电路的隔离测量技术，其特征在于：它应用于应变桥电路热电阻变压器的隔离测量。

4.如权利要求1所述的应变桥电路的隔离测量技术，其特征在于：它应用于应变桥电路应变片变压器的隔离测量。

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