CN218781916U - 一种传感器环境温度测量电路及传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种传感器环境温度测量电路及传感器，属于传感器技术领域。针对现有技术中存在的精度差、系统复杂的问题，本实用新型提供了一种传感器环境温度测量电路及传感器，包括探头和激励源形成的回路，还包括直流偏置电路和分压电阻，直流偏置电路和分压电阻叠加或外加在探头和激励源形成的回路上；补偿回路，包括依次设置的低通滤波电路、放大电路、补偿电路和解调电路，形成补偿回路，设置在探头和分压电阻之间，进行电压补偿。该电路和传感器，集成化程度高，结构紧凑，可精确反映测量点处温度，具有更好的补偿效果。

Description

一种传感器环境温度测量电路及传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，更具体地说，涉及一种传感器环境温度测量电路及传感器。

背景技术

电感式传感器是一种广泛应用的传感器，可用于测量振动、位移、厚度、角度等，根据传感器探头结构不同可分为自感式传感器、差动变压式传感器和电涡流传感器。自感式传感器使用一个线圈作为探头，探头被设计为电感量随其他物理量的变化而变化，使用高频交流电激励线圈，通过检测线圈的电感量变化来检测其他物理量的变化。差动变压器式传感器使用一个激励线圈及两个反向串联的次级线圈作为探头，当激励线圈相对两个次级线圈的距离发生变化时，两个次级线圈感应到的电压发生变化，从而反映出位移变化。电涡流传感器使用一个线圈作为探头，使用高频交流电激励线圈，产生高频磁场，高频磁场在目标金属板中激励出电涡流，电涡流有两个效应，一方面产生与激励磁场相反的磁场，对原线圈的等效电感产生影响；另一方面，金属中的电阻导致能量消耗，对原线圈的等效电阻产生影响。当探头与目标板距离变化，电涡流效应的强弱发生变化，探头的等效电感和电阻发生变化，通过电路处理后即可得到探头与目标板的距离。上述三种电感式传感器敏感元件均为线圈，均通过高频激励探头产生高频磁场，并检测线圈阻抗或电压变化来检测位移等其他物理量。

当环境温度变化，电感式传感器线圈电阻率发生变化，探头结构也可能发生微小形变，导致传感器输出变化。一般来说，传感器的输出都会受到温度影响，对不同传感器影响的方式和程度也不同，例如，对电涡流传感器来说，当温度变化，探头线圈和目标板的电阻率发生变化，一方面直接影响探头的等效电阻，另一方面，电阻变化导致电涡流大小变化，从而也会导致反向磁场大小发生变化，这些变化对传感器输出都有一定的影响。

对于高精度传感器或者是环境温度变化较大的情况，温度的影响不可忽视。可通过测量温度对传感器输出进行补偿，从而得到真实物理量。一般情况下，可通过在环境中额外放置温度传感器来进行温度补偿，如图1所示，但是该方法有以下弊端：一、额外放置的温度传感器测量的是温度传感器处的温度，并非线圈本身的温度，当环境温度梯度较大时，测温并不准确，补偿效果不好，例如图1中所示的情况，测温探头所在位置温度大于探头温度，无法准确补偿；二、温度传感器探头、引线、信号调理电路等需要额外的空间，增加系统复杂度。

实用新型内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的精度差、系统复杂的问题，本实用新型提供了一种传感器环境温度测量电路及传感器，集成化程度高，结构紧凑，可精确反映测量点处温度，具有更好的补偿效果。

2.技术方案

本实用新型的目的通过以下技术方案实现。

本实用新型在现有电感式传感器电路中加入探头电阻测量电路，通过探头电阻反映线圈温度并予以补偿，该方案可精确反映测量点处温度，获得更好的补偿效果。该方案集成化程度高，结构紧凑，便于安装。

一种传感器环境温度测量电路，包括探头和激励源形成的回路，还包括直流偏置电路和分压电阻，直流偏置电路和分压电阻叠加或外加在探头和激励源形成的回路上；

补偿回路，设置在探头和分压电阻之间，进行电压补偿。

更进一步的，所述的直流偏置电路为直接串联在交流激励源上的直流电压源或运算放大器构成的加法电路，将直流电压叠加到交流电压上。

更进一步的，补偿回路包括依次设置的低通滤波电路、放大电路、补偿电路和解调电路。形成补偿回路，进行电压补偿。

更进一步的，低通滤波电路为回路上串联的滤波电阻和接地电容构成。进行低通滤波，滤波后进入下一步放大。

更进一步的，所述的滤波电阻阻抗远大于探头阻抗。避免产生分流对位移测量产生影响。

更进一步的，还包括隔直电容，隔直电容设置在解调电路前端。以排除直流影响。

更进一步的，所述的分压电阻为低温漂电阻。低温漂系数可以避免调理电路处的温漂影响探头温度测量，其大小根据探头参数确定。

更进一步的，分压电阻为一组或多组。根据是单探头还是差动电涡流传感器采用不同组的分压电阻，可以是一个构成一组，也可以是多个构成一组。

更进一步的，差动变压器式传感器的探头激励线圈时，在分压电阻和探头激励线圈的直流电阻上进行分压补偿。

一种传感器，传感器包括上述所述的环境温度测量电路。

3.有益效果

相比于现有技术，本实用新型的优点在于：

通过直接给电感式传感器线圈施加一直流激励，有效利用了探头线圈本身的电阻进行温度测量，可以直接测量位移测量点处的温度，因此测温更精确，适用于高精度应用，同时对温度变化反应更迅速，适用于高温度梯度和温度快速变化的环境。测温电路的激励电路采用低温漂的电阻，减小温度变化对其造成的影响，提高温度测量的精度；测温电路的检测电路输入阻抗要足够大，避免影响位移测量。由于采用探头线圈作为温度测量元件，且测温电路元器件较少，集成化程度高，结构紧凑。安装传感器时，只需要安装位移传感器探头即可完成温度补偿，与普通无温度补偿的传感器的安装和使用没有任何区别，无需另外布线和安装额外的温度传感器探头。

附图说明

图1为现有技术传感器温度补偿电路结构示意图；

图2为存在直流通路的测量电路示意图；

图3为没有直流通路的测量电路示意图；

图4为实施例1测量电路示意图；

图5为实施例2测量电路示意图；

图6为实施例3测量电路示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例，对本实用新型作详细描述。

电感式传感器利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流量、振动等转换成线圈自感量L或互感量M的变化,再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出。

本方案在现有电感式传感器电路中加入探头电阻测量电路，通过探头电阻反映线圈温度并予以补偿，解决了额外布置温度传感器测温不准确和系统复杂的问题。

本方案通过给线圈一个直流激励，通过检测线圈的电阻变化来检测探头所在环境的温度。跟据电路形式不同，有两种方式。

对于电路中存在直流通路的情况，可直接在电感式传感器的激励源上叠加一个直流偏置，并使用一个电阻进行分压，如图2所示，原有的电感式传感器激励源V1和探头形成采样回路，在对探头进行激励的情况下，进行探测，本方案在回路上增加了直流偏置电路，并在采样回路上串联分压电阻R1，补偿回路设置在探头和电阻R1之间，对电压进行采样，进行通过滤波和放大后，对解调电路的输出进行补偿，解调电路输出的是未补偿的电压，补偿电路利用测温电路的输出对这个电压进行补偿后输出。

对于电路中原本没有直流通路的情况，如设置有电容或者其他元器件的情况，可外加一路直流偏置和分压电阻，如图3所示，在探头和激励源之间外加电阻R1和直流偏置电路V2，补偿回路直流通路的情况设置。

上述两种方式中，V2经R1和线圈电阻Rx分压后得到反应温度的电压Vx＝V2*Rx/(Rx+R1)，该电压经放大后进入温度补偿电路，当探头处温度发生变化时Rx发生变化，Vx发生变化，补偿电路根据该电压的变化进行补偿。电路中R1应使用低温漂电阻，确保其受温度影响较小，避免调理电路处的温度变化影响探头温度测量。电路中低通滤波器的输入阻抗要远大于探头阻抗，避免从探头上分流从而影响位移测量。第二种方式的电路中V2的交流阻抗要远大于探头阻抗，避免从探头上分流，可通过反馈实现。

该方案中，激励源的直流部分不产生高频磁场，仅在R1和探头内阻上分压，用于测量温度，交流部分用于测量位移，二者线性叠加，相互正交，互不干扰，且可以分别测量。该方案适用性较广，可适用于各种电感式传感器，且既可用于单探头传感器，也可用于差动传感器。

实施例1

如图4所示，本实施例为本发明在单探头电涡流传感器上的应用。位移测量电路由激励源V1、检测电桥、解调电路组成，交流激励电压V1在R1与探头上分压，该交流电压的幅值和相位均随探头与目标板的距离变化而变化，对该电压进行处理即可得到位移信息。使用运算放大器在激励端增加一个直流偏置V2，直流偏置电路为直接串联在交流激励源上的直流电压源或运算放大器构成的加法电路，将直流电压叠加到交流电压上，加法电路为常规技术，在此不多赘述，只要保证，可以将直流电压叠加到交流电压都可以，该直流电压在电桥的电阻R1和探头的直流电阻上进行分压，经过低通滤波后进行放大，此处使用电阻R2和接地电容C2形成低通滤波，得到反映探头温度的电压。R1采用低温漂电阻，低温漂系数可以避免调理电路处的温漂影响探头温度测量，其大小根据探头参数确定，本实施例中R1为一330Ω，10ppm/℃的低温漂电阻；滤波器输入阻抗应远大于探头阻抗，避免产生分流对位移测量产生影响，本实施例中采用了一个220kΩ的电阻R2作为滤波电阻；解调电路前端增加一隔直电容C1以排除直流影响。通过上述方式进行温度补偿，补偿激励源的直流部分不产生高频磁场，仅在R1和探头内阻上分压，用于测量温度，交流部分用于测量位移，二者线性叠加，相互正交，互不干扰，且可以分别测量。补偿电路和解调电路采用现有技术的对应电路即可，在此不多做赘述。

由于测温电路的激励电路采用低温漂的电阻，减小温度变化对其造成的影响，提高温度测量的精度；且采用探头线圈作为温度测量元件，且测温电路元器件较少，集成化程度高，结构紧凑。安装传感器时，只需要安装或替换位移传感器探头即可完成温度补偿，与普通无温度补偿的传感器的安装和使用没有任何区别，无需另外布线和安装额外的温度传感器探头。

实施例2

如图5所示，本实施例为本发明在差动电涡流传感器上的应用。测量电路由激励源V1、检测电桥、解调电路组成，交流激励电压V1在R1与探头1上分压，同时在R3与探头2上分压，两个电压的幅值和相位均随探头与目标板的距离变化而变化，二者做差并进行解调即可得到位移信息。在激励端增加一个直流偏置V2，该直流电压在电桥的电阻R1和探头1的直流电阻上进行分压，经过低通滤波后进行放大，得到反映探头温度的电压。R1、R3采用低温漂电阻，低温漂系数可以避免调理电路处的温漂影响探头温度测量，其大小根据探头参数确定，本实施例中，其中R1和R3为51Ω，10ppm/℃的低温漂电阻；滤波器输入阻抗应远大于探头阻抗，避免产生分流对位移测量产生影响，本实施例中采用了一个220kΩ的电阻R2作为滤波电阻；解调电路前端增加一隔直电容以排除直流影响。

实施例3

本实施例为本发明在差动变压器式传感器上的应用。本实施例使用差动变压器式传感器的激励线圈作为测温元件。在激励端增加一个直流偏置V2和以分压电阻R1，该直流电压在电阻R1和探头激励线圈的直流电阻上进行分压，经过低通滤波后进行放大，得到反映探头温度的电压。其中R1应使用低温漂电阻，避免调理电路处的温漂影响探头温度测量；滤波器输入阻抗应远大于探头阻抗，避免产生分流对位移测量产生影响。

上述几种传感器的补偿方式只是其中的一些方式，其他的类型只要是电感式传感器的补偿。都可以通过增加直流偏置，进行相应放大滤波后，都可以采用我们的方法，方法简单，如果采用替换方式改动，改动非常小，不会增加体积，成本低，效果好。

对应的包含上述实施例1-3任一方式的测量电路的传感器都在我们的保护范围之内，在电感式传感器电路中加入探头电阻测量电路即可。

以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此，权利要求中的任何附图标记不应限制所涉及的权利要求。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。此外，“包括”一词不排除其他元件或步骤，在元件前的“一个”一词不排除包括“多个”该元件。产品权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (10)

1.一种传感器环境温度测量电路，包括探头和激励源形成的回路，其特征在于，还包括

直流偏置电路和分压电阻，直流偏置电路和分压电阻叠加或外加在探头和激励源形成的回路上；

补偿回路，设置在探头和分压电阻之间，进行电压补偿。

2.根据权利要求1所述的一种传感器环境温度测量电路，其特征在于，所述的直流偏置电路为直接串联在交流激励源上的直流电压源或运算放大器构成的加法电路，将直流电压叠加到交流电压上。

3.根据权利要求1所述的一种传感器环境温度测量电路，其特征在于，补偿回路包括依次设置的低通滤波电路、放大电路、补偿电路和解调电路。

4.根据权利要求3所述的一种传感器环境温度测量电路，其特征在于，低通滤波电路为回路上串联的滤波电阻和接地电容构成。

5.根据权利要求4所述的一种传感器环境温度测量电路，其特征在于，所述的滤波电阻阻抗远大于探头阻抗。

6.根据权利要求3所述的一种传感器环境温度测量电路，其特征在于，还包括隔直电容，隔直电容设置在解调电路前端。

7.根据权利要求1所述的一种传感器环境温度测量电路，其特征在于，所述的分压电阻为低温漂电阻。

8.根据权利要求1所述的一种传感器环境温度测量电路，其特征在于，分压电阻为一组或多组。

9.根据权利要求1-8任一所述的一种传感器环境温度测量电路，其特征在于，差动变压器式传感器的探头激励线圈时，在分压电阻和探头激励线圈的直流电阻上进行分压补偿。

10.一种传感器，其特征在于，传感器包括权利要求1-9任一所述的环境温度测量电路。

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