CN112945459A - 一种力信号调理器的零偏温度补偿电路及方法 - Google Patents

一种力信号调理器的零偏温度补偿电路及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种力信号调理器的零偏温度补偿电路及方法，包括放大电路、放大器调零电路和温度补偿电阻Rm；放大器调零电路包括从+9V至‑9V依次串联的电阻R1、可调电阻RP1和电阻R2，可调电阻RP1连接有放大电路的信号输入负S‑；当力信号调理器的零偏输出电压与温度变化成正比时，温度补偿电阻Rm串联在电阻R1和可调电阻RP1之间；当力信号调理器的零偏输出电压与温度变化成反比时，温度补偿电阻Rm串联在可调电阻RP1和电阻R2之间。利用硬件电路，实现力信号调理器零偏温度漂移的精确补偿。

Description

一种力信号调理器的零偏温度补偿电路及方法
技术领域
本发明属于传感器信号补偿领域，涉及一种力信号调理器的零偏温度补偿电路及方法。
背景技术
力测量装置由电阻应变式力传感器和力信号调理器组成，力传感器的零点输出温漂补偿方法一般为惠斯通电桥内补偿或软件补偿。但是目前力信号调理器电路只能通过选取温度特性较好的元器件来保证零偏温度漂移精度，无电路温度补偿手段，在-55℃～+70℃温度范围内，精度较低，不能完全满足航空某工程重点型号力测量装置的力信号调理器产品的零偏温度漂移精度要求。现在通过本专利介绍的力信号调理器零偏温度电路补偿方法，可使其补偿精度在-55℃～+70℃温度范围内可达到0.5％以内。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种力信号调理器的零偏温度补偿电路及方法，利用硬件电路，实现力信号调理器零偏温度漂移的精确补偿。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种力信号调理器的零偏温度补偿电路，包括放大电路、放大器调零电路和温度补偿电阻Rm；
放大器调零电路包括从+9V至-9V依次串联的电阻R1、可调电阻RP1和电阻R2，可调电阻RP1连接有放大电路的信号输入负S-；当力信号调理器的零偏输出电压与温度变化成正比时，温度补偿电阻Rm串联在电阻R1和可调电阻RP1之间；当力信号调理器的零偏输出电压与温度变化成反比时，温度补偿电阻Rm串联在可调电阻RP1和电阻R2之间。
优选的，温度补偿电阻Rm采用镍电阻、铜电阻、铂电阻或热敏电阻。
优选的，温度补偿电阻Rm的电阻温度系数为3000ppm/℃-25000ppm/℃。
优选的，温度补偿电阻Rm采用镍电阻。
进一步，镍电阻的电阻值为100Ω-400Ω。
进一步，镍电阻的电阻温度系数为5400ppm/℃。
优选的，放大电路包括运算放大器V1、运算放大器V2和仪表放大器V3，信号输入正S+和信号输入负S-分别连接运算放大器V1和运算放大器V2的同向输入端；运算放大器V1的反向输入端和输出端均连接有电阻R3的一端，电阻R3的另一端分别连接仪表放大器V3的同向输入端和电阻R5的一端，电阻R5的另一端接地；运算放大器V2的反向输入端和输出端均连接有电阻R4的一端，电阻R4的另一端分别连接仪表放大器V3的反向输入端和电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接输出信号Vo；仪表放大器V3的输出端连接输出信号Vo。
一种基于上述任意一项所述电路的力信号调理器的零偏温度补偿方法，当力信号调理器的零偏输出电压与温度变化成正比时，则将温度补偿电阻Rm串联在电阻R1和可调电阻RP1之间，当温度升高时，放大器调零电路的电压值变大，温度补偿电阻Rm的阻值变大，放大电路中的信号输入负S-的电压值变小，力信号调理器的零偏输出变小，实现对力信号调理器的零偏输出的温度补偿，当温度降低时反之亦然；当力信号调理器的零偏输出电压与温度变化成反比时，将温度补偿电阻Rm串联在可调电阻RP1和电阻R2之间，当温度升高时，放大器调零电路的电压值变小，温度补偿电阻Rm的阻值变大，放大电路中的信号输入负S-电压值变大，力信号调理器的零偏输出变大，实现对力信号调理器的零偏输出的温度补偿，当温度降低时反之亦然。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过将温度补偿电阻Rm串联于力信号调理器的放大器调零电路中，当力测量装置产品处于温度变化的环境时，由于力信号调理器中的电子元器件本身的温度漂移，最终力信号调理器零偏输出随着温度变化会发生变化，而串联于放大器调零电路中的温度补偿电阻Rm的电阻值也会随着温度的变化而发生改变，以此来调节力信号调理器信号的零偏电压值，从而实现仅利用硬件电路，达到对零偏的温度补偿的效果。
附图说明
图1为本发明的电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1所示，为本发明所述的力信号调理器的零偏温度补偿电路，包括放大电路、放大器调零电路和温度补偿电阻Rm。
放大电路包括运算放大器V1、运算放大器V2和仪表放大器V3，信号输入正S+和信号输入负S-分别连接运算放大器V1和运算放大器V2的同向输入端；运算放大器V1的反向输入端和输出端均连接有电阻R3的一端，电阻R3的另一端分别连接仪表放大器V3的同向输入端和电阻R5的一端，电阻R5的另一端接地；运算放大器V2的反向输入端和输出端均连接有电阻R4的一端，电阻R4的另一端分别连接仪表放大器V3的反向输入端和电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接输出信号Vo。仪表放大器V3的输出端连接输出信号Vo。
信号输入正S+和信号输入负S-均同时连接运算放大器V1和运算放大器V2的同向输入端组成跟随电路，功能是实现对信号的跟随和前后端电路的高阻态隔离；信号输入正S+通过运放输出端及配置放大电阻后连接仪表放大器V3同相端管脚，信号输入负S-通过运放输出端及配置放大电阻后连接仪表放大器V3反相端管脚，输出信号Vo连接仪表放大器V3的输出端管脚组成差分放大电路，功能是对跟随后的信号进行差分放大，并实现对共模干扰的遏制。
放大器调零电路包括从+9V至-9V依次串联的电阻R1、可调电阻RP1和电阻R2，可调电阻RP1连接有放大电路的信号输入正S+；当力信号调理器的零偏输出电压与温度变化成正比时，温度补偿电阻Rm串联在电阻R1和可调电阻RP1之间；当力信号调理器的零偏输出电压与温度变化成反比时，温度补偿电阻Rm串联在可调电阻RP1和电阻R2之间。
温度补偿电阻Rm采用镍电阻、铜电阻、铂电阻或热敏电阻，温度补偿电阻Rm的电阻温度系数为3000ppm/℃-25000ppm/℃。
具体的，本实施例的温度补偿电阻Rm采用镍电阻，镍电阻的电阻值为100Ω-400Ω。
设计时可以在电位器两边各预留一个补偿位置Rm1和Rm2，根据系统输出电压与温度变化的关系判断温度补偿电阻Rm的串联位置。如可使用H-600环氧胶将温度补偿电阻Rm1或Rm2粘接在印制板预留的补偿位置上，并串联于电路中，另一补偿位置用短接线短接。
本发明所述电路的温度补偿过程为：根据力信号调理器输出随着温度变化的方向，选择温度补偿电阻Rm1或Rm2的串联位置。当力信号调理器的零偏输出电压与温度变化成正比时，则将温度补偿电阻Rm串联在电阻R1和可调电阻RP1之间，当温度升高时，放大器调零电路的电压值变大，温度补偿电阻Rm的阻值变大，放大电路中的信号输入负S-的电压值变小，力信号调理器的零偏输出变小，实现对力信号调理器的零偏输出的温度补偿，当温度降低时反之亦然；当力信号调理器的零偏输出电压与温度变化成反比时，将温度补偿电阻Rm串联在可调电阻RP1和电阻R2之间，当温度升高时，放大器调零电路的电压值变小，温度补偿电阻Rm的阻值变大，放大电路中的信号输入负S-电压值变大，力信号调理器的零偏输出变大，实现对力信号调理器的零偏输出的温度补偿，当温度降低时反之亦然。
以外，通过该方法补偿的力信号调理器也可通过同力传感器的零点温度漂移补偿的匹配实现力测量装置的高精度零偏温漂补偿效果。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种力信号调理器的零偏温度补偿电路，其特征在于，包括放大电路、放大器调零电路和温度补偿电阻Rm；
放大器调零电路包括从+9V至-9V依次串联的电阻R1、可调电阻RP1和电阻R2，可调电阻RP1连接有放大电路的信号输入负S-；当力信号调理器的零偏输出电压与温度变化成正比时，温度补偿电阻Rm串联在电阻R1和可调电阻RP1之间；当力信号调理器的零偏输出电压与温度变化成反比时，温度补偿电阻Rm串联在可调电阻RP1和电阻R2之间。
2.根据权利要求1所述的力信号调理器的零偏温度补偿电路，其特征在于，温度补偿电阻Rm采用镍电阻、铜电阻、铂电阻或热敏电阻。
3.根据权利要求1所述的力信号调理器的零偏温度补偿电路，其特征在于，温度补偿电阻Rm的电阻温度系数为3000ppm/℃-25000ppm/℃。
4.根据权利要求1所述的力信号调理器的零偏温度补偿电路，其特征在于，温度补偿电阻Rm采用镍电阻。
5.根据权利要求4所述的力信号调理器的零偏温度补偿电路，其特征在于，镍电阻的电阻值为100Ω-400Ω。
6.根据权利要求4所述的力信号调理器的零偏温度补偿电路，其特征在于，镍电阻的电阻温度系数为5400ppm/℃。
7.根据权利要求1所述的力信号调理器的零偏温度补偿电路，其特征在于，放大电路包括运算放大器V1、运算放大器V2和仪表放大器V3，信号输入正S+和信号输入负S-分别连接运算放大器V1和运算放大器V2的同向输入端；运算放大器V1的反向输入端和输出端均连接有电阻R3的一端，电阻R3的另一端分别连接仪表放大器V3的同向输入端和电阻R5的一端，电阻R5的另一端接地；运算放大器V2的反向输入端和输出端均连接有电阻R4的一端，电阻R4的另一端分别连接仪表放大器V3的反向输入端和电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接输出信号Vo；仪表放大器V3的输出端连接输出信号Vo。
8.一种基于权利要求1-7任意一项所述电路的力信号调理器的零偏温度补偿方法，其特征在于，当力信号调理器的零偏输出电压与温度变化成正比时，则将温度补偿电阻Rm串联在电阻R1和可调电阻RP1之间，当温度升高时，放大器调零电路的电压值变大，温度补偿电阻Rm的阻值变大，放大电路中的信号输入负S-的电压值变小，力信号调理器的零偏输出变小，实现对力信号调理器的零偏输出的温度补偿，当温度降低时反之亦然；当力信号调理器的零偏输出电压与温度变化成反比时，将温度补偿电阻Rm串联在可调电阻RP1和电阻R2之间，当温度升高时，放大器调零电路的电压值变小，温度补偿电阻Rm的阻值变大，放大电路中的信号输入负S-电压值变大，力信号调理器的零偏输出变大，实现对力信号调理器的零偏输出的温度补偿，当温度降低时反之亦然。
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