CN2620857Y - 高准确度应变传感器模拟器 - Google Patents
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Abstract
一种高准确度应变传感器模拟器，其特征在于：它包括电路接口(1)、反接、过压保护电路(2)、A/D电路分压器(3)、D/A电路分压器(4)、输出电桥(5)、电源电路(6)、A/D转换器(7)、D/A转换器(8)、液晶显示器(9)、单片机(10)、键盘(11)、EEPROM(12)。本实用新型的优点在于不仅可消除传统的传感器模拟器开关接点接触电阻的影响，提高模拟器准确度的等级，而且可有效简化模拟器的生产调试工作；与标准电压源方式相比本实用新型设备还具有结构轻巧、使用方便、价格低廉、减少了误差源的特点；使用相同准确度等级的设备可提高实际测量的准确度；本实用新型同时还可以测量被测仪表输出的激励电压值，方便现场检修工作。
Description
(一)技术领域
本实用新型涉及用于检验、试验各种以应变式传感器为输入信号的测量仪表，更具体说是涉及一种高准确度应变传感器模拟器。模拟的应变式传感器可以是称重传感器，也可以是测量压力、小位移、扭矩、加速度等物理量的传感器。
(二)背景技术
在生产、检修、检验各种以应变式传感器输出为输入信号的测量仪表时，通常要用高准确度稳压电源作为标准信号源来测量仪表的各项误差。一方面高准确度稳压电源价格较贵，体积较大，还要与高准确度电压表配合使用，不便于现场使用，同时这样计量标准器的总误差就为电压源和电压表的误差之和，为达到要求的准确度，就要选用准确度更高的标准器。在生产实践中，往往采用传感器模拟器来检验、试验仪表。这类的传感器模拟器都是用电阻器和机械式开关组成，一般最高准确度只能达到0.02％F.S，而且机械式开关的触点容易污染、氧化，造成附加误差，性能很不稳定。
(三)发明内容
本实用新型的目的就在于克服上述现有技术中的不足之处而提供一种高准确度应变传感器模拟器。
本实用新型的目的可通过以下措施来实现：
本实用新型采用单片机控制的D/A转换器代替现有技术中的机械开关和分档电阻，以提高其稳定性，用软件补偿系统的非线性误差、零点误差，使系统准确度大大提高，综合误差可降低到0.01％F.S以下。同时还可以利用A/D电路测量显示被测仪表的激励电压，可判断被测仪表激励电源的工作情况，使用更加方便。
具体说，本实用新型的高准确度应变传感器模拟器包括电路接口(1)、反接、过压保护电路(2)、A/D电路分压器(3)、D/A电路分压器(4)、输出电桥(5)、电源电路(6)、A/D转换器(7)、D/A转换器(8)、液晶显示器(9)、单片机(10)、键盘(11)、EEPROM(12)；其中，电路接口(1)与被测仪表相连，被测仪表提供的传感器激励电源通过电路接口(1)分别接入反接、过压保护电路(2)、A/D电路分压器(3)、D/A电路分压器(4)、输出电桥(5)的输入端，激励电源通过反接、过压保护电路(2)输出端与电源电路(6)相连，电源电路(6)输出的稳定电压供A/D转换器(7)、D/A转换器(8)、单片机(10)工作，A/D电路分压器(3)的输出与A/D转换器(7)的输入相连，A/D转换器的输出与单片机(10)相连，D/A电路分压器(4)的输出与D/A转换器(8)的参考电压输入端相连，单片机(10)的I2C总线接口与D/A转换器(8)的I2C总线接口相连，D/A转换器的模拟输出与输出电桥(5)的模拟电压输入端相连，输出电桥(5)的传感器模拟输出信号通过电路接口(1)送到被测仪表的信号输入端，键盘(11)与单片机(10)相连，控制单片机的工作，单片机的液晶驱动信号端与液晶显示器(9)相连，单片机(10)与EEPROM(12)相连，存入或读取模拟器的校准数据和设定数据。
本实用新型的原理是：被测仪表提供的传感器激励电源通过模拟器的电路接口与反接保护电路相连。反接、过压保护电路中反接保护电路由二极管、反接指示发光二极管及限流电阻组成、过压保护电路由稳压二极管和三极管等元件组成。当激励电源极性正确且电压在正常范围时，保护电路的二极管、三极管导通，激励电源加到电源电路的低压差稳压器上，模拟器正常工作；当电源电压超限时，防止过压电路的三极管截止，保护模拟器工作电路不损坏；当电源反接时，向电源电路供电的二极管截止，反接指示发光二极管导通发光。稳压电路为低压差的集成LDO稳压器，为单片机、A/D变换器、D/A变换器提供稳定的工作电压。输入端与激励电压相连的由两支精密电阻组成的D/A电路分压器的分压输出端与D/A转换器的参考电压输入端相连。D/A转换器通过I2C总线与单片机相连，在单片机的控制下输出与激励电压和单片机给定的数字量之积成比例的模拟电压。该模拟电压通过一精密电阻加在由5只精密电阻组成的输出电桥上，电桥的一个臂由2支电阻串联组成，D/A输出的模拟电压从该臂的中点输入，使电桥的不平衡输出电压与激励电压和单片机给定的数字量之积成线性关系。电桥的输出电压即为传感器模拟器的输出电压，通过电路接口与被测仪表信号输入端相连。输入端与激励电压相连的A/D电路分压器的分压输出端与A/D转换器的输入端相连，A/D转换器将测量的与激励电压成正比的数字量送入单片机，单片机即可根据分压比计算出激励电压的实际值。单片机在键盘的控制下，可完成各种测量操作和设定、校准功能。与单片机相连的EEPROM可保存模拟器的设定和校准数据。与单片机相连的液晶显示器可指示出模拟器的工作状态和测量数据，如输出信号的理论值、被测仪表的激励电压值、模拟器的校准数值等。为了进一步提高模拟器的准确度指标，可以在电路中增加温度测量电路，进行温度补偿。还可以增加RS-232、RS-485、RS-422、IEEE-488等数字接口电路组成自动测量系统。
本实用新型的优点在于不仅可消除传统的传感器模拟器开关接点接触电阻的影响，提高模拟器准确度的等级，而且可有效简化模拟器的生产调试工作；与标准电压源方式相比本实用新型设备还具有结构轻巧、使用方便、价格低廉、减少了误差源的特点；使用相同准确度等级的设备可提高实际测量的准确度；本实用新型同时还可以测量被测仪表输出的激励电压值，方便现场检修工作。
(四)附图说明
图1是本实用新型的原理方框图。
图2是本实用新型一种具体实施方案的电原理图。
图3是本实用新型的外形结构图。
图4是图3的A-A剖视图
图中1是电路接口，2是反接、过压保护电路，3是A/D电路分压器，4是D/A电路分压器，5是输出电桥，6是电源电路，7是A/D转换器，8是D/A转换器，9是液晶显示器，10是单片机，11是键盘，12是EEPROM，13是壳体。
(五)具体实施方式
本实用新型以下将结合实施例(附图)作进一步描述：
如图1所示本实用新型的高准确度应变传感器模拟器包括电路接口(1)、反接、过压保护电路(2)、A/D电路分压器(3)、D/A电路分压器(4)、输出电桥(5)、电源电路(6)、A/D转换器(7)、D/A转换器(8)、液晶显示器(9)、单片机(10)、键盘(11)、EEPROM(12)；其中，电路接口(1)与被测仪表相连，被测仪表提供的传感器激励电源通过电路接口(1)分别接入反接、过压保护电路(2)、A/D电路分压器(3)、D/A电路分压器(4)、输出电桥(5)的输入端，激励电源通过反接、过压保护电路(2)输出端与电源电路(6)相连，电源电路(6)输出的稳定电压供A/D转换器(7)、D/A转换器(8)、单片机(10)工作，A/D电路分压器(3)的输出与A/D转换器(7)的输入相连，A/D转换器的输出与单片机(10)相连，D/A电路分压器(4)的输出与D/A转换器(8)的参考电压输入端相连，单片机(10)的I2C总线接口与D/A转换器(8)的I2C总线接口相连，D/A转换器的模拟输出与输出电桥(5)的模拟电压输入端相连，输出电桥(5)的传感器模拟输出信号通过电路接口(1)送到被测仪表的信号输入端，键盘(11)与单片机(10)相连，控制单片机的工作，单片机的液晶驱动信号端与液晶显示器(9)相连，单片机(10)与EEPROM(12)相连，存入或读取模拟器的校准数据和设定数据。
如图2所示，图中被测仪表的激励电压正极通过电路接口J1(1)与反接、过压保护电路(2)、A/D电路分压器(3)、D/A电路分压器(4)、输出电桥(5)相连，被测仪表的激励电压负极通过电路接口与模拟器的地相连；反接、过压保护电路(2)的反接保护电路由2只二极管、反接指示发光二极管及限流电阻组成，过压保护电路由稳压二极管、电阻和2只三极管等元件组成；电源电路(6)选用低压差的集成稳压电路MIC5236，使被测仪表的激励电压最低可到4伏。A/D电路分压器(3)、D/A电路分压器(4)均由两只电阻和一只滤波电容组成。D/A转换器(8)采用DAC8571，其参考电压输入端与D/A电路分压器(4)的输出相连。输出电桥(5)由5只精密电阻组成，电桥的一个臂由2只电阻串联组成，D/A转换器(8)输出的模拟电压从该臂的中点输入。输出电桥(5)的输出电压通过电路接口(1)与被测仪表信号输入端相连。A/D转换器(7)、单片机(10)和EEPROM(12)用集成在一起的ST62E42B单片机实现。单片机(10)的LCD驱动端与液晶显示器(9)相连。单片机(10)的数字I/O口与键盘(11)相连。A/D电路分压器(3)的输出与集成在单片机内的A/D转换器(7)的模拟电压输入端相连。单片机(10)的串行接口与D/A转换器(8)的I2C总线接口相连。
Claims (1)
1、一种高准确度应变传感器模拟器，其特征在于：它包括电路接口(1)、反接、过压保护电路(2)、A/D电路分压器(3)、D/A电路分压器(4)、输出电桥(5)、电源电路(6)、A/D转换器(7)、D/A转换器(8)、液晶显示器(9)、单片机(10)、键盘(11)、EEPROM(12)；其中，电路接口(1)与被测仪表相连，被测仪表提供的传感器激励电源通过电路接口(1)分别接入反接、过压保护电路(2)、A/D电路分压器(3)、D/A电路分压器(4)、输出电桥(5)的输入端，激励电源通过反接、过压保护电路(2)输出端与电源电路(6)相连，电源电路(6)输出的稳定电压供A/D转换器(7)、D/A转换器(8)、单片机(10)工作，A/D电路分压器(3)的输出与A/D转换器(7)的输入相连，A/D转换器的输出与单片机(10)相连，D/A电路分压器(4)的输出与D/A转换器(8)的参考电压输入端相连，单片机(10)的I2C总线接口与D/A转换器(8)的I2C总线接口相连，D/A转换器的模拟输出与输出电桥(5)的模拟电压输入端相连，输出电桥(5)的传感器模拟输出信号通过电路接口(1)送到被测仪表的信号输入端，键盘(11)与单片机(10)相连，控制单片机的工作，单片机的液晶驱动信号端与液晶显示器(9)相连，单片机(10)与EEPROM(12)相连，存入或读取模拟器的校准数据和设定数据。
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