传感器测量系统的设计.doc

课题名称：传感器测量系统的设计 指导教师：秦建中 班级： 自动化1301 姓名： 刘洒 学号： 2013001575 日期： 2016年1月20日模拟电子技术课程设计报告传感器测量系统的设计摘 要传感器检测系统这一概念是传感技术发展到一定阶段的产物。 检测系统是传感器与测量仪表、变换装置等的有机组合。 在工程实际中，需要有传感器与多台测量仪表有机地组合起来，构成一个整体，才能完成信号的检测，这样便形成了检测系统。随着计算机技术及信息处理技术的不断发展，检测系统所涉及的内容也不断得以充实。在现代化的生产过程中，过程参数的检测都是自动进行的，即检测任务是由检测系统自动完成的，因此研究和掌握检测系统的构成及原理十分必要。本次论文需要设计一个放大器系统，当电阻值变化1%时，放大电路能够产生10V的输出电压。要求偏差为0时输出为0，偏差为1%时输出为10V，偏差为-1%时输出为-10V，误差不超过5%。关键词：放大器 ，传感器，检测The design about sensor measuring system Abstract Sensor system, the concept is sensing technology has developed to a certain stage of the product. Detection system is the sensor and the measuring instrument, the organic combination of the conversion device. In practical engineering, sensor and measurement instrument of organic combination, constitute a whole, to complete signal detection, thus forming the detection system. With the development of computer technology and information processing technology, detection system involves content also continues to enrich. In modern production process, the process parameters of detection is done automatically, the detection task is done automatically detected by the system. Therefore, the study and master the detection The constitute and principle of the system is very necessary. This paper needs to design an amplifier system, when the resistance value change + 1%, amplifying circuit to generate the output voltage of the + 10V. Requirement deviation is 0 when the output is 0, the deviation is 1% output of 10V, the deviation is 1% output to - 10V, the error is more than + 5%.Key words: amplifier, sensor, detection- I -目 录摘 要IAbstractI一、设计要求3二、参考电路3三、工作原理3四、参数运算44.1测量电桥的计算44.2放大电路的计算44.3基准源电路设计44.4电平转移电路的计算5五、仿真调试65.1各电路部分单独仿真:65.1.1基准源电路仿真65.1.2电桥电路仿真65.1.3放大电路仿真85.1.4电平转移电路仿真95.2整体电路仿真105.3整理数据：115.4误差分析：11总 结12参 考 文 献13- 11 -一、设计要求设计一个放大器系统，当电阻值变化1%时，放大电路能够产生10V的输出电压。要求偏差为0时输出为0，偏差为1%时输出为10V，偏差为-1%时输出为-10V，误差不超过5%。二、参考电路三、工作原理本传感器系统电路由四部分组成：基准电压电路、测量桥、放大电路、电平转移电路。电平转移电路放大电路测量桥基准稳压电路（1） 基准电压源：为测电桥提供一定精度要求的7.5V基准电压，采用5.6V稳压管与同样比例运算电路结合实现。（2） 测量桥：测量桥为电桥臂电桥。当电阻应变片在受到外力作用下而发生机械形变时，测温阻值将在（10199）欧范围内发生变化。（3） 放大电路：放大电路用于将测温桥的微小电压变化放大，使其满足输出电压的要求。放大电路采用两个同向电压跟随器（作为输入缓冲器）与放大器组成。（4） 电平转移电路：即同向运算放大器。四、参数运算4.1测量电桥的计算式中V+是电桥的基准电压。由于Vo1与电压V成正比，因此V应该由基准电压源电路提供。取V=7.5V，电桥的R1=R2=100k。这里=0.01，V+=7.5V。4.2放大电路的计算如果对于Vo1=0.01875V时，输出电压为5V，则有放大倍数为10/0.01875=533.33倍。则对于放大器有一般希望RY4/RY3和RY2/RY1 有相同的数量级。令RY3=15k，RY4=187k，则RY4/RY3=12.467，RY2/RY1=20.89若令RY2=200k，则RY1=9.57k一般情况下，RY1是一个固定电阻串联一个可变电阻。4.3基准源电路设计基准源输出电压为V+=7.5V，稳压管电压为5.6V，取稳压管的稳定电流为11.2mA。根据基准源电路有得到：选RJ2=30k，可得RJ1=88.1k。由于 若取IF=1mA，则有得到RJF=1.9k。电阻R3和R4的计算：由稳压管开始启动的条件：设VS、RJ3、RJ4组成的电路向稳压管提供的电流为0.2mA，若流过R4的电流也为0.2mA：则由下式： 可得RJ4=31.5k因为流过RJ3电阻的电流为0.4mA，所以 取VS=10，得到： 验证这是一个启动电路，当启动后，就没有什么用了。4.4电平转移电路的计算0=-10m+b3=10m+b联立解得，m=3/20,b=3/2.取R5=96K,R6=4K,得V1=0.417V; 取RG=1k,得RF=2.75K。五、仿真调试5.1各电路部分单独仿真:5.1.1基准源电路仿真5.1.2电桥电路仿真（1） R3=101K（2） R3=99K（3） R3=100K5.1.3放大电路仿真（1）R3=101K（2）R3=100K（3）R3=99K5.1.4电平转移电路仿真（1） Vo=9.999V(2) Vo=-10.1V(3) Vo=0V5.2整体电路仿真（1）、R3=101K时（2）、R=100K时（3）、R=99K时5.3整理数据：R3/KVo/V偏差电平转移电路输出V1/V99-10.1(10.1-10)/10=1%5%-13.797m100-623.78n1.5011019.999(10-9.999)/10=0.01%5%3.0015.4误差分析：（1）集成运放的输入电阻并非无穷大，输入电阻，输出电阻，失调电流，失调电压等；（2）没有对运放进行调零设计，仅通过电阻值的调整来调整电路性能，仍有误差存在；（3）在电路设计的参数计算时，有舍入误差，即使取多位小数减小舍入误差，该微小误差也会被放大。总 结（1） 通过本次模拟电路仿真，学会了multism的基本的用法，通过multism来模拟电路的实际运行，是一款多功能性的仿真软件。（2） 通过本次模拟电路仿真，对模拟运算放大电路中基准电源电路、同相比例放大电路、反相比例放大电路以及对传感器的电桥电路有了更深刻的认识与了解。（3） 在模拟电路仿真时，容易出现各种错误，例如放大器输入电阻是10兆欧时，输出的电压误差较大，增大放大器的输入电阻到10提偶时，误差将会减小。再比如，计算的参数与仿真的参数有小的电阻值的出入。（4） 通过本次模拟电路仿真，有一个对传感器系统的整体认识，将传感器和模拟电子技术两门学科联系起来。本次设计的系统可用于传感器中电阻应变式传感器的测量。参 考 文 献1 课程设计指导书2 华成英