CN203365370U - 一种基于数字电位器的可编程增益测量电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于数字电位器的可编程增益测量电路，包括由传感器与数字电位器组成的惠斯通电桥，该惠斯通电桥的输出通过一个运算放大器连接到测量电路的输出端。本实用新型的测量电路，采用数字电位器取代传统电位器，电阻阻值调整方便快捷。

Description

一种基于数字电位器的可编程增益测量电路

技术领域

本实用新型涉及电学领域，尤其涉及一种数字式的可编程增益气体测量电路，特别是应用于变压器油中气体检测链路上采用数字电位器来改变放大器增益的测量电路。

背景技术

变压器油的气相色谱分析在绝缘监督中具有很重要的作用，但是由于变压器油中的各种气体含量差异很大，例如在国家电力行业标准（DL/T722—2000）中，330kV及以上变压器的乙炔含量注意值为1μL／L，氢含量注意值为150μL／L。因此用固定增益的放大电路不能满足测量精度的要求，为了满足各种气体测量精度的要求，需要一种可变增益的放大器电路。一种方法是使用多路模拟开关选择不同阻值的电阻来实现，其缺点是选择档位少（一般只有八档），且电路结构较复杂；另一种方法是使用集成的可编程增益放大器，其优点是电路简单，但成本较高，选择档位更少（一般为四档），并且每档位的增益值是固定的不可改变，灵活性差。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于数字电位器的可编程增益测量电路，用以解决现有增益调节方式电路结构复杂、不灵活的问题。

为实现上述目的，本实用新型的方案是：一种基于数字电位器的可编程增益测量电路，包括由传感器与数字电位器组成的惠斯通电桥，该惠斯通电桥的输出通过一个运算放大器连接到测量电路的输出端。

所述惠斯通电桥的左上桥臂由所述传感器组成，惠斯通电桥的左下桥臂由第一路数字电位器与一个固定电阻构成，惠斯通电桥的右上桥臂由另一个固定电阻组成，惠斯通电桥的右下桥臂由第二路数字电位器组成。

所述运算放大器的增益控制端之间串联有第三路数字电位器与第四路数字电位器。

所述惠斯通电桥与所述运算放大器之间设有阻容滤波网络。

本实用新型的测量电路，采用数字电位器取代传统电位器，电阻阻值调整方便快捷。

附图说明

图1是本实用新型的电路原理图；

图2是U2(ISL23345UFVZ)的内部结构示意图。

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所示的测量电路，用于变压器油中气体检测链路上气体测量，包括由传感器与数字电位器组成的惠斯通电桥，该惠斯通电桥的输出通过一个运算放大器连接到测量电路的输出端。如图2，惠斯通电桥的左上桥臂由所述传感器（的等效电阻）R1组成，惠斯通电桥的左下桥臂由第一路数字电位器U2C与一个固定电阻R8构成，惠斯通电桥的右上桥臂由另一个固定电阻R2组成，惠斯通电桥的右下桥臂由第二路数字电位器U2D组成。惠斯通电桥与所述运算放大器之间设有阻容滤波网络，包括C4、C5、R4、R3、C6。运算放大器的增益控制端之间串联有第三路数字电位器U2A与第四路数字电位器U2B。U2E为数字电位器的控制单元和逻辑接口单元，其内部结构如图2所示。当传感器等效的电阻变化时电桥电路失去平衡，电桥输出点有电压输出。输出电压经由阻容滤波网络后接入仪表放大器U1（AD8226）的差分输入端，电位器U2A、U2B串联后连接到仪表放大器U1的增益控制端，仪表放大器U1输出的电压经电阻R5、电容C8滤波后得到最终电压信号。VCC电源（5伏）给各部分电路提供电源。为保证前述电路的工作特性处于最佳状态，以上各电阻、电容参数要互相匹配。本电路使用时，主控部分（CPU单元）将已整定好的数据通过I2C接口发送给数字电位器，通过数字电位器实现增益调节、零点调节和传感器负载调节，最终在放大器的输出端获得理想的测量结果。

测量电路的方程如下：

V_OUT＝G(V_IN+-V_IN-)+V_REF

$G=1+\frac{49.4\mathrm{k\Ω}}{R_G}$

注：V_IN+与V_IN-为运算放大器差分输入，V_REF为运算放大器参考电压，R_G由数字电位器的U2A与U2B串联组成，变化范围是0Ω～100kΩ，变化步长是196Ω

测量方法：首先根据各种气体的实测数据对数字电位器的值进行标定，也就是得到相应寄存器中需要写入的值，即记录下M_G(C₂H₂)、M_U2D(C₂H₂)、M_U2C(C₂H₂)的大小。此标定过程只需进行一次，以后只要电路结构和测试环境不发生变化，就可以永久使用此标定值（由CPU单元存储）。开始工作时，由主控部分（CPU单元）把待测气体对应的寄存器值M_G(C₂H₂)、M_U2D(C₂H₂)、M_U2C(C₂H₂)通过I²C写入数字电位器，本电路就具有了测试这种气体的最佳工作性能。所测气体的种类及各种气体之间的切换频率由传感器的特性和CPU的性能参数决定，与本电路无关。例如试验中测量C₂H₂气体时对应增益的电阻阻值为R_G(C₂H₂)，寄存器值为M_G(C₂H₂)；调零点电压对应的电阻阻值为R_U2D(C₂H₂)，寄存器值为M_U2D(C₂H₂)；传感器负载对应的电阻阻值为R_U2C(C₂H₂)，寄存器值为M_U2C(C₂H₂)。测量时主控部分（CPU单元）只需将预先存储的M_G(C₂H₂)、M_U2D(C₂H₂)、M_U2C(C₂H₂)通过I²C接口发送给数字电位器，在放大器的输出端即可得到理想的测量信号。

这里参照特定结构和材料描述了本实用新型，本实用新型并不局限于所公开的特定例，在不偏离本实用新型精神的情况下，允许根据实际应用构造出不同的修改，并能够延伸至全部的等效结构和材料。

Claims (4)

1.一种基于数字电位器的可编程增益测量电路，其特征在于，包括由传感器与数字电位器组成的惠斯通电桥，该惠斯通电桥的输出通过一个运算放大器连接到测量电路的输出端。

2.根据权利要求1所述的一种基于数字电位器的可编程增益测量电路，其特征在于，所述惠斯通电桥的左上桥臂由所述传感器组成，惠斯通电桥的左下桥臂由第一路数字电位器与一个固定电阻构成，惠斯通电桥的右上桥臂由另一个固定电阻组成，惠斯通电桥的右下桥臂由第二路数字电位器组成。

3.根据权利要求2所述的一种基于数字电位器的可编程增益测量电路，其特征在于，所述运算放大器的增益控制端之间串联有第三路数字电位器与第四路数字电位器。

4.根据权利要求1所述的一种基于数字电位器的可编程增益测量电路，其特征在于，所述惠斯通电桥与所述运算放大器之间设有阻容滤波网络。

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