工业传感器错误元凶—开发精确测量系统

2013-09-17 10:19 来源:电子信息网 作者:蒲公英


这些传感器还要求偏压形式的激励。一种常见的压力传感器故障类型是电桥开路或者短路带来的测量错误。随着时间的流逝,传感器损坏或者老化所引起的出界信号更加难以检测。捕获所有这些故障种类的一种方法是集成一个诊断电路。这种电路向惠斯通桥接的电阻梯形电路注入一个小电流(有时被称作“烧断”电流),然后测量所产生的电压。例如,电桥输出为相同电位(V+/2),则原因是应变计没有压力吗?或者因为系统故障导致输出短路吗?通过向差动输出之一注入电流,然后测量输出之间的差动电压,可以得到答案。在正常工作下,差动电压为电桥电阻器的压降。但是,如果存在实际短路,则压降就会很少或者没有。

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图3:惠斯通桥接电路

简言而之,惠斯通桥接传感器要求有激发电压、低噪/偏移PGA和诊断电路。LMP90100也可与这些传感器进行非常好的匹配。它的连续本底传感器诊断电路可检测开路、短路和出界信号。在通道完成转换以后,通过向其注入“烧断”电流,避免烧断电流注入,影响该通道的转换结果产生。诊断电路提供连续非侵害故障检测,帮助分析根本原因,并最小化系统停机时间。

电气化学组件通常用于测量各种有毒和无毒气体,例如:一氧化碳、氧气和氢气。它们基于化学氧化与化学还原的主要方法,并产生与被测气体成比例的电流。大多数组件均由三个电极组成:工作极(WE)、计数器极(CE)和基准极(RE)。WE氧化或者还原目标气体,然后产生一个与气体浓度成比例关系的电流。CE平衡所产生的电流,而RE则维持工作电极电位以保证正确的工作区。电气化学组件往往连接恒电位器电路。这种恒电位器电路向CE提供电流(并在要求时偏置)。它让WE保持与RE相同的电位,并使用一个跨阻抗放大器(TIA)把WE的输出电流转换为电压。

与许多传感器一样,电气化学传感器具有对温度的依赖性。为了实现最佳性能,需测量这种组件的温度。根据组件的性能与温度的对比曲线图(参见数据表),进行正确的温度校正。

传感器、气体类型和气体深度水平决定了传感器工作电极输出电流的多少。为了应对这种变化,可使用一个具有可调节增益的TIA。一到数百uA的电流范围是可能的,因此使用一到数百kΩ范围的TIA增益就已足够。

不同的传感器要求不同的偏置,或者一些传感器会要求零偏置。注意这些要求,以便传感器产生电流便可达到规范。组件是否完成被测气体的氧化(CO)或者还原(NO2)反应,决定了组件是否产生WE输入或者输出电流。应对TIA非反相引脚电压进行正确的电平位移,以确保单电源系统中放大器输出不饱和的情况下获得最大增益。例如,TIA产生一个由如下方程式计算得到的输出电压:VOUT=-IIN×RFEEDBACK,其中IIN为流向反馈电阻器TIA的电流。如果进入TIA的该电流为正(还原反应),则非反相引脚电压时VOUT为负。应升高该电压,以避免输出至负电源。

基本上,电气化学组件中包含温度校正以及一个提供灌电流/拉电流、电压偏置、电流到电压转换以及电平位移的恒电位器是非常重要的。例如,LMP91000(可配置AFE恒电位器)是传感器AFE系列的组成部分,并拥有这些功能(请参见图4)。它包含一个完整的恒电位器电路,拥有灌电流和拉电流功能,以及可编程TIA增益、电气化学单元偏置和内部零电压。另外,这种传感器AFE还包含一个集成温度传感器,并使用小型14引脚、4mm2封装,从而允许直接将该器件放置在电气化学组件下面,以实现精确温度补偿和更高噪声性能。

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图4:LMP91000可配置传感器AFE恒电位器

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