CN201352321Y - 一种用于恒温微机械加速度计的温度控制电路 - Google Patents
一种用于恒温微机械加速度计的温度控制电路 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型一种用于恒温微机械加速度计的温度控制电路，属于运动参数测量技术领域。热敏电组Rt和电阻R1组成温度检测电路，将温度变化转变为电压变化，输出到运算放大器IC的反相输入端。电阻R2、R3和可变电阻R4组成恒定温度设置电路，调整可变电阻R4，可设定电路控制温度，并将控制电压送到运算放大器IC的正相输入端。本控制电路，无论环境温度如何变化，微机械加速度计都能在一个恒定的温度下工作，提高了微机械加速度计的测量精度；无需对每个微机械加速度计的温度特性曲线进行测试，也不必根据每个微机械加速度计的温度特性曲线进行补偿电路或补偿算法设计，提高了微机械加速度计的生产效率。
Description
技术领域
本实用新型一种用于恒温微机械加速度计的温度控制电路，属于运动参数测量技术领域。
背景技术
加速度计主要用于测量运动物体相对惯性空间的线运动参数，在民用产品和国防产品领域中广泛用于对物体运动状态的测量和控制。传统的加速度计受体积、重量和成本等因素的限制，难以在民用领域推广应用。以集成电路(IC)工艺和精密机械加工工艺为基础制作的微机械加速度计具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高等突出优点，其体积和价格比常规加速度计小三、四个数量级乃至更多，因而可用于汽车运动状态控制系统、摄像机稳定系统、运动机械控制、机器人测控、大地测量、医用仪器等广泛的民用应用领域。
微机械加速度计通电工作时，其功耗会造成加速度计本身温度升高，环境温度的变化也会造成加速度计本身温度的变化。温度变化不仅引起噪声干扰的变化，还会引起敏感结构几何尺寸以及电介质常数的变化，进而引起敏感电容的变化，造成较大的输出测量误差，严重影响微机械加速度计精度。
随着微机械加速度计的广应用，对微机械加速度计的精度要求也越来越高。为了提高微机械加速度计的精度，必须要补偿温度变化带来的测量误差。
为了减小温度变化引起的误差，一般将微机械加速度计随温度变化的误差规律测量出来，设计出符合加速度计温度规律的热敏电阻电路，对加速度计输出进行温度补偿；或是将微机械加速度计温度曲线记录在测量系统中，在微机械加速度计工作时，由温度传感器测量其工作温度，用工作温度时的温度曲线值减去加速度计的输出值，就可得到微机械加速度计的实际加速度值。
上述对微机械加速度计温度误差进行补偿方法的缺点是：
(1)需要预先对微机械加速度计进行温度扫描，测量出微机械加速度计的温度曲线特性。
(2)由于微机械加速度计之间的温度曲线存在离散性，需要分别测量出每个微机械加速度计的温度曲线，然后根据其温度曲线分别设计加工温度误差补偿电路，极大地降低了微机械加速度计的生产效率。
(3)受测试条件的限制，很难建立精确的微机械加速度计温度模型，因此利用温度曲线进行误差补偿的方法，很难解决温度变化对高精度微机械加速度计的影响问题。
发明内容
本实用新型的目的是提出一种用于恒温微机械加速度计的温度控制电路，以克服微机械加速度计温度误差补偿方法生产效率低、难于解决高精度微机械加速度计温度误差补偿的缺点，消除温度变化对微机械加速度计输出值的影响，提高微机械加速度计的精度，并大幅度提高生产效率。
本实用新型提出的用于恒温微机械加速度计的温度控制电路，包括：热敏电组Rt、运算放大器IC、场效应管T、加热膜Rh、可变电阻R4以及电阻R1、R2、R3、R5、R6；所述的热敏电组Rt的一端同时与电阻R1的一端和运算放大器IC的反相输入端相接，热敏电组Rt的另一端与电源Vcc相接，电阻R1的另一端与地相接；电阻R2的一端同时与电阻R3的一端和运算放大器IC的正相输入端相接，电阻R2的另一端与电源Vcc相接，电阻R3的另一端与可变电阻R4的一端相接，可变电阻R4的另一端与地相接；电阻R5的两端分别与运算放大器IC的正相输入端和输出端相接；电阻R6的一端与场效应管T的栅极相接，场效应管T的源极接地，场效应管T的源极漏极与加热膜Rh的一端相接，加热膜Rh的另一端与电源Vcc相接。
本实用新型提出的用于恒温微机械加速度计的温度控制电路，用于对恒温微机械加速度计进行控制，其优点是：无论环境温度如何变化，微机械加速度计都能在一个恒定的温度下工作，完全消除了温度变化对微机械加速度计测量精度的影像，可提高微机械加速度计的测量精度；无需对每个微机械加速度计的温度特性曲线进行测试，也不必根据每个微机械加速度计的温度特性曲线进行补偿电路或补偿算法设计，大幅度提高微机械加速度计的生产效率。
附图说明
图1是本实用新型提出的用于恒温微机械加速度计的温度控制电路的电路图。
图2是使用本电路控制的微机械加速度计的结构示意图；
图2中，1是功率驱动元件，2是上盖，3是热敏元件，4是温度传感器，5是电路板，6是加热膜，7是底座，8是封装端。
具体实施方式
本实用新型提出的用于恒温微机械加速度计的温度控制电路，其电路图如图1所示，包括：热敏电组Rt、运算放大器IC、场效应管T、加热膜Rh、可变电阻R4以及电阻R1、R2、R3、R5、R6。热敏电组Rt的一端同时与电阻R1的一端和运算放大器IC的反相输入端相接，热敏电组Rt的另一端与电源Vcc相接，电阻R1的另一端与地相接；电阻R2的一端同时与电阻R3的一端和运算放大器IC的正相输入端相接，电阻R2的另一端与电源Vcc相接，电阻R3的另一端与可变电阻R4的一端相接，可变电阻R4的另一端与地相接；电阻R5的两端分别与运算放大器IC的正相输入端和输出端相接；电阻R6的一端与场效应管T的栅极相接，场效应管T的源极接地，场效应管T的源极漏极与加热膜Rh的一端相接，加热膜Rh的另一端与电源Vcc相接。
图2所示为使用本实用新型提出的温度控制电路进行温度控制的恒温微机械加速度计的结构示意图，包括上盖2、功率驱动元件1、热敏元件3、温度传感器4、电路板5、加热膜6、底座7和左右封装端8。上盖2、底座7和左右封装端8构成机械加速度计的密封壳体。加热膜6粘贴在底座7的内表面上。电路板5固定在壳体的中部，并置于加热膜6的上方。功率驱动元件1、热敏元件3和温度传感器4分别安装在电路板5上。
本实用新型的温度控制电路中，精密热敏电组Rt和电阻R1组成温度检测电路，将温度变化转变为电压变化，输出到运算放大器IC的反相输入端。电阻R2、R3和可变电阻R4组成恒定温度设置电路，调整可变电阻R4，可设定电路控制温度，并将控制电压送到运算放大器IC的正相输入端。
本实用新型的的工作原理是：精密热敏电组RT的阻值随着温度的升高而降低。当微机械加速度计壳体内部环境温度低于设定的工作温度值(60℃)时，热敏电组RT的阻值变大，使运算放大器IC反相输入端的电压低于正相输入端电压，运算放大器IC输出高电平，场效应管T导通，加热膜Rh加热，温度升高。当微机械加速度计壳体温度超过设定的工作温度值(60℃)时，热敏电组RT的阻值变下，使运算放大器IC反相输入端的电压高于正相输入端电压，运算放大器IC输出反相，场效应管T截止，加热膜Rh停止加热，温度开始下降。这样就使微机械加速度计始终保持在恒定的工作温度下，从而可消除温度变化对微机械加速度计测量精度带来的误差。
在本实用新型的一个实施例中，运算放大器IC的型号为AD741，场效应管T的型号为IRF530。加热膜6为镍铬合金电热丝和硅橡胶高温绝缘布组成的电加热膜。
Claims (1)
1、一种用于恒温微机械加速度计的温度控制电路，其特征在于该温度控制电路包括：热敏电组Rt、运算放大器IC、场效应管T、加热膜Rh、可变电阻R4以及电阻R1、R2、R3、R5、R6；所述的热敏电组Rt的一端同时与电阻R1的一端和运算放大器IC的反相输入端相接，热敏电组Rt的另一端与电源Vcc相接，电阻R1的另一端与地相接；电阻R2的一端同时与电阻R3的一端和运算放大器IC的正相输入端相接，电阻R2的另一端与电源Vcc相接，电阻R3的另一端与可变电阻R4的一端相接，可变电阻R4的另一端与地相接；电阻R5的两端分别与运算放大器IC的正相输入端和输出端相接；电阻R6的一端与场效应管T的栅极相接，场效应管T的源极接地，场效应管T的源极漏极与加热膜Rh的一端相接，加热膜Rh的另一端与电源Vcc相接。
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