傳感器作為一個(gè)被動(dòng)元件,將力學(xué)形變轉(zhuǎn)化為電子信號,未得到能夠測量的信號,就需要后續(xù)電路的處理。測量放大器作為測量鏈中的第二個(gè)成員,有兩個(gè)主要任務(wù),首先產(chǎn)生穩(wěn)定的供電電壓,其次將傳感器毫伏級的輸出信號,盡可能不失真地方大為伏特級信號。通常緊跟測量放大器的是模數(shù)轉(zhuǎn)換器,在最簡單情況下,它僅作為數(shù)碼顯示,但更普遍的是連接的是連接到稱重微處理器處理和控制。數(shù)字化的測量值能進(jìn)入相應(yīng)的微機(jī)(PC),可編程序控制器(PLC)或控制儀,這些電路可輸出標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號(0...10V,4...20mA).放大過程中產(chǎn)生的誤差,取決于具體的測量放大器的性能。放大器首要的性能是信號的動(dòng)態(tài)傳遞特性,溫度對放大器的零點(diǎn)漂移和放大系數(shù)的變化,以及放大器對外部干擾的敏感度。
對阻抗性傳感器,其最通常的例子是應(yīng)變式傳感器,既可以采用交流放大也可采用直流放大,二種方法都有其優(yōu)缺點(diǎn),應(yīng)視任務(wù)之不同而確定其是否有利。
① 直流放大器
圖9-5顯示與應(yīng)變式傳感器相連的直流放大器的基本工作原理。
因傳感器是被動(dòng)元件,只有施加激勵(lì)電壓才能得出測量信號。所謂的供電電壓,例如5V,由高穩(wěn)定的電源發(fā)生器產(chǎn)生。發(fā)生器產(chǎn)生的激勵(lì)電壓供應(yīng)傳感器的整個(gè)橋路。在沒有加載的情況下,傳感器輸出極小的電壓,它在測量放大器中得以補(bǔ)償(零信號補(bǔ)償),負(fù)荷施加于傳感器上時(shí)使電橋電路提供正比于負(fù)荷量的輸出電壓,其極性隨受力方向的變化而變化,既當(dāng)對一個(gè)傳感器由壓力變?yōu)槔r(shí)發(fā)生變化。傳感器的輸出信號被引入到測量放大器的輸入級。
②交流放大器
與直流方法器的工作方法比較,交流放大器的工作方法因其信號形式的多樣變換而初看非常繁瑣,但另一方面交流放大器具有一系列的優(yōu)點(diǎn)。
圖9-6為連接傳感器的交流放大器的電路模塊圖,交流電壓產(chǎn)生供電電壓(例如5VAC),這一電壓的振幅和頻率是高度穩(wěn)定的,這個(gè)交流電壓供應(yīng)傳感器橋路,在同一情況下如直流放大器中所描述,傳感器在負(fù)荷作用下輸出一個(gè)與負(fù)荷量成正比的幅值為10mV的交流信號,這個(gè)交流信號連接到后續(xù)放大器的輸入級及其后級電路,并被放大到伏特級。這兒交流信號在相對狹窄的頻帶中被放大,具有一系列技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。
傳感器毫伏級的信號被多級放大到伏特級,放大器頻率范圍設(shè)計(jì)成僅有測量信號在其頻帶寬度內(nèi)方能通過。這一頻帶外的其他干擾信號,包括零點(diǎn)漂移,將全部被抑制。