CN202433200U - 一种车用电阻型传感器高精度数据采集电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种车用电阻型传感器高精度数据采集电路，包括一个恒流源电路，恒流源电路的输出端接设有一个电阻型传感器RL，该电阻型传感器RL的两端分别连接一个减法电路的两个输入端，该减法电路的输出端连接数据处理电路。解决现有数据采集电路的精度低、抗温漂性能差的问题。本实用新型采用一个恒流源电路为传感器RL提供恒定电流，使电流Is保持恒定状态，从而保证电阻传感器RL两端的电压UL仅受电阻值变化的影响，相比利用电阻分压的方式，测量准确性与精度大大提高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种车用电阻型传感器高精度数据采集电路，属于车用电子技术领域，尤其是用于车用电路中环境恶劣，而精度要求较高的情况。
背景技术
随着现代工业技术的发展，电子控制系统被越来越多的应用于汽车工控领域中，而汽车传感器作为汽车电子控制系统的重要信息源，对温度、压力、位置、转速、加速度等各种信息需要进行实时准确的测量和控制。电阻传感器是车上常用的测量温度、压力等信息的传感器，由于车用电路中电压不稳定且干扰较多，因而要求精确的测量数据。
目前常用的电桥式电阻型传感器的数据采集电路如图3所示，此种电桥式信号采集电路使用常规的蓄电池E3对传感器Rt进行供电，容易受到电源电压不稳的影响，导致数据采集易受电压变化影响，无法满足对数据采集精度的要求。
目前常用的另一种电阻型传感器的数据采集电路如图4所示，此电路通过电阻分压后，将传感器RL上的电压信号经过放大后进行测量。该电路阻值的测量范围与分压电阻R5有相关，电压的变化与被测阻值的变化之间不是线性关系，抗温漂性能较差，当被测电阻阻值与分压电阻阻值相差较大时，无法测得准确阻值。
另外，目前常用的恒流源电路采用的是如图5所示的由TL431和晶体管组合而成的电路，此电路原理简单、温漂小，可在多种控制电路中使用，但由于供电电源没有采取稳压措施，会直接影响到输出电流的变化，且由于晶体管的集电极电流和发射极电流不相等，导致负载的变化对恒流源的影响较大，因而无法满足高精度测量电路对其输出电压的精度要求。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种车用的电阻型传感器高精度数据采集电路，用以解决现有数据采集电路的精度低、抗温漂性能差的问题。
为实现上述目的，本实用新型的方案是：一种车用电阻型传感器高精度数据采集电路，包括一个恒流源电路，恒流源电路的输出端接设有一个电阻型传感器（RL），该电阻型传感器（RL）的两端分别连接一个减法电路的两个输入端，该减法电路的输出端连接数据处理电路。
所述恒流源电路为一个采用分流基准源TL431的恒流源电路，该恒流源电路的输出端与一个MOS管（Q1）、一个基准电阻（Rs）依次串联而成的串联支路连接在稳压电源（VCC）与地之间，所述基准电阻（Rs）与MOS管（Q1）的串联点连接分流基准源TL431的R端。
所述分流基准源TL431的A端接地，C端通过一个限流电阻（R1）连接所述稳压电源（VCC），所述MOS管（Q1）的栅极连接所述分流基准源TL431的C端。
所述减法电路为采用差分放大器的减法电路。
所述减法电路的输出端还设有滤波电路。
所述滤波电路为一个一端接地、另一端连接所述减法电路输出端的滤波电容（C1）。
本实用新型的有益效果是：
1，本实用新型对分压式测量电路进行改进，采用一个恒流源电路为传感器RL提供恒定电流，使电流Is保持恒定状态，从而保证电阻传感器RL两端的电压UL仅受电阻值变化的影响，相比利用电阻分压的方式，测量准确性与精度大大提高。
2，本实用新型的恒流源电路中采用了稳压电源和MOS管，避免了常规晶体管恒流源电路中电流容易受负载和温度变化影响的缺点，抗温漂性能好。
3，本实用新型采用了具有高输入阻抗的差分放大电路（减法电路），前级被测阻值远远小于差分电路的输入阻抗，电阻传感器RL的大范围变化不会影响测量精度。被测电阻（传感器RL）两端的电压经过差分放大，再进行数据处理，具有较高的共模干扰抑制比，提高了测量的精度。
附图说明
图1是本实用新型的采样电路原理图；
图2是采样电路后续的数据处理电路框图；
图3是现有的电桥式电阻型传感器的数据采集电路；
图4是现有的分压式电阻型传感器的数据采集电路；
图5是现有的恒流源电路。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。
如图1所示为本实用新型的车用电阻型传感器高精度数据采集电路原理图，该电路由恒流源电路、采用差分放大器的减法电路和模数转换及数据处理电路三部分组成。恒流源电路的输出端接设有一个电阻型传感器RL，该电阻型传感器RL的两端分别连接减法电路的两个输入端，该减法电路的输出端连接数据处理电路。恒流源电路为一个采用分流基准源TL431的恒流源电路，该恒流源电路的输出端与一个MOS管Q1、一个基准电阻Rs依次串联而成的串联支路连接在稳压电源VCC与地之间，基准电阻Rs与MOS管Q1的串联点连接分流基准源TL431的R端。分流基准源TL431的A端接地，C端通过一个限流电阻R1连接所述稳压电源VCC， MOS管Q1的栅极连接分流基准源TL431的C端。
根据分流基准源TL431的工作特性，其内部有个2.5V的基准电压，所以当在电压参考端R引入输出反馈时，R端的电压始终稳定在2.5V，则接在电压参考端R和的间的基准电阻Rs中流过的电流Is就是恒定值。需要注意的是，在选择电阻时须保证TL431工作的必要条件，即通过负极A的电流要大于1 mA ，本实用新型中所选用的VCC为车用24V经线性稳压后的12V电源，限流电阻R1=5.1KΩ，满足此条件。另外，本实施例选择MOS管而不是晶体管作为开关管的原因是晶体管的集电极电流和发射极电流只是近似相等，使恒流源的性能受负载的影响较大，而MOS管的漏极电流和源极电流绝对相等，这就大大的减小了负载对恒流源的影响，从而提高测量精度。另外，本设计的电源VCC采用稳压电源设计方法，消除供电电源波动对供电造成的影响，基准电阻Rs为抗温漂性能好的精密电阻。
差分放大电路（减法电路）包括运算放大器LM2903 U1，该运算放大器的正相输入端3与电阻R2连接后接至RL的VCC连接端，反相输入端2与电阻 R4连接后接至RL与MOS管Q1的漏极连接端。运算放大器的输出端1通过反馈电阻R5接回到反相输入端2。另外，在所述运算放大器的正相输入端3和地之间接入平衡电阻R3，在运算放大器的输出端1与地之间接入高频滤波电容C1。差分放大电路具有高输入阻抗的特点，前级的阻值远远小于差分电路的输入阻抗，故负载的变化不会影响测量精度，电阻传感器信号经过差分放大，再进行数据处理，提高了测量的精度。
模数转换及数据处理电路如图2所示，Uo经过模数转换后传输到数据处理电路进行运算处理，数据处理电路对模数转换电路进行相应的控制。
求出被测电阻传感器阻值的具体步骤如下：
a、计算差分放大电路的放大倍数Amp
在差分放大电路中，为了保证运算放大器的两个输入端对地的电阻平衡，同时为了避免降低共模抑制比，设置R3=R5，R2=R4可求得放大倍数为：
Amp=R5/R4 （1）
b、求出被测电阻传感器RL两端的电压UL：
根据所选TL431的稳压特性，将电阻传感器Rs上的电压稳定在2.5V，即Vref=2.5V ，则可得到电流Is的值为：
Is=Vref/Rs （2）
根据MOS管的开关特性，在导通时相当于短路，则IL=Is，那么
UL =RL*Is （3）
c、根据上式，若RL的阻值改变， UL 也相应变化。
又因为 UL=Uo/Amp （4）
可求得电阻传感器RL的阻值为
RL=Uo/( Amp*Is) （5）
输出电压Uo经模数转换电路转换后，在数据处理电路里采样得到其值，在电阻阻值的设置上，R2=R4，R3=R5，所以，放大倍数是Amp=R5/R4,通过调整R4和R5的值可以调整以便调整放大倍数。由于电路确定后，Is参数已知，从而可以测得电阻传感器的阻值。
Claims (6)
1.一种车用电阻型传感器高精度数据采集电路，其特征在于，包括一个恒流源电路，恒流源电路的输出端接设有一个电阻型传感器（RL），该电阻型传感器（RL）的两端分别连接一个减法电路的两个输入端，该减法电路的输出端连接数据处理电路。
2.根据权利要求1所述的一种车用电阻型传感器高精度数据采集电路，其特征在于，所述恒流源电路为一个采用分流基准源TL431的恒流源电路，该恒流源电路的输出端与一个MOS管（Q1）、一个基准电阻（Rs）依次串联而成的串联支路连接在稳压电源（VCC）与地之间，所述基准电阻（Rs）与MOS管（Q1）的串联点连接分流基准源TL431的R端。
3.根据权利要求2所述的一种车用电阻型传感器高精度数据采集电路，其特征在于，所述分流基准源TL431的A端接地，C端通过一个限流电阻（R1）连接所述稳压电源（VCC），所述MOS管（Q1）的栅极连接所述分流基准源TL431的C端。
4.根据权利要求1所述的一种车用电阻型传感器高精度数据采集电路，其特征在于，所述减法电路为采用差分放大器的减法电路。
5.根据权利要求4所述的一种车用电阻型传感器高精度数据采集电路，其特征在于，所述减法电路的输出端还设有滤波电路。
6.根据权利要求5所述的一种车用电阻型传感器高精度数据采集电路，其特征在于，所述滤波电路为一个一端接地、另一端连接所述减法电路输出端的滤波电容（C1）。
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