Журнал РАДИОЛОЦМАН, август 2011
Septimiu Pop и Ioan Ciascai, Румыния
Датчики, использующие два резистивных элемента и четыре провода, применяются в системах мониторинга давления. При возрастании давления сопротивление одного резистора увеличивается, а другого уменьшается. Для точного измерения давления требуется компенсация падения напряжения, обусловленного сопротивлением проводов, в особенности, если длина проводов достигает десятков метров. Описанный ниже метод компенсации основывается на допущении равенства сопротивлений проводов: RL1 = RL2 = RL3 = RL4 = RL (Рисунок 1).
 |
|
| Рисунок 1. | Схема измеряет напряжения в трех точках, а микроконтроллер вычисляет значение давления. |
Микроконтроллер или компьютер могут рассчитать сопротивление чувствительных элементов, используя результаты измерений разности напряжений на резисторах датчика RS1 и RS2. Сопротивления RA, RREF, RB и сопротивления датчика ограничивают ток через RS1 и RS2. Для измерения напряжения на элементах датчика используется АЦП AD7705 фирмы Analog Devices, имеющий три псевдодифференциальных канала с разрешением 16 бит. В описываемой схеме АЦП работает в буферизованном режиме, когда входной ток не превышает 1 нА. В этом режиме АЦП может обрабатывать сигналы от источников с большим внутренним сопротивлением, но абсолютное входное напряжение должно быть не меньше 50 мВ относительно шины «земля», и быть меньше напряжения питания, по крайней мере, на 1.5 В. Резистор RB служит в качестве источника синфазного смещения входа.
Результаты измерений зависят от номинала опорного резистора RREF. Для достижения высокой точности RREF должен иметь допуск 0.01% и низкий температурный коэффициент. Для исключения саморазогрева датчика, он должен питаться импульсным током через транзистор Q1, с длительностью импульса, контролируемой программно.
AD7705 производит выборку данных по трем каналам. Датчики подключаются непосредственно к входам AD7705, сигналы на которых измеряются последовательно во времени. Поскольку все элементы датчика возбуждаются одним и тем же током, программа может вычислить входное напряжение каждого элемента в следующей последовательности:
- на основании измерения AIN1+, AIN1− вычисляется RL;
- на основании измерения AIN2+, AIN2− вычисляется RS2+RL;
- на основании измерения AIN1−, AIN2− вычисляется RS1+RS2+RL.
Затем вычитанием вычисляются сопротивления RS1 и RS2. Для измерения слабых сигналов микросхема AD7705 имеет встроенный усилитель с программируемым коэффициентом усиления. Кроме того, для компенсации ошибок усиления и смещения, микросхема имеет опции внутренней и системной калибровки.
Результат измерения давления зависит как от соотношения резисторов, так и от температуры:
Параметр T – это поправочный коэффициент, учитывающий температурную зависимость резистивных датчиков:
