如何為濕度傳感器設(shè)計(jì)模擬信號(hào)調(diào)理器？

介紹

濕度是空氣中的水蒸氣量，表示為空氣在給定溫度下可以容納的最大量的百分比。構(gòu)建濕度傳感器可能很困難，因?yàn)樗鼈兊膭?dòng)態(tài)范圍很寬，而且傳感器的驅(qū)動(dòng)要求很高。但是我們可以通過(guò)定制電路在選定的范圍內(nèi)構(gòu)建具有合理精度的濕度傳感器。通過(guò)仔細(xì)選擇構(gòu)成模擬前端的器件來(lái)定制電路。如何為物理化學(xué)科學(xué)公司1型EMD-200o濕度傳感器設(shè)計(jì)模擬信號(hào)調(diào)理器，描述如下

設(shè)計(jì)要求

我們希望構(gòu)建體積小、成本低但精度合理的濕度傳感器。所以我們選擇了物理化學(xué)傳感器。這種類型是精確的電阻型相對(duì)濕度（RH）。該傳感器具有易于維護(hù)的系統(tǒng)利用，因?yàn)槲覀儫o(wú)需重新校準(zhǔn)即可更換傳感器，并且傳感器定義了穩(wěn)定的響應(yīng)曲線。傳感器只需進(jìn)行少量校準(zhǔn)調(diào)整即可實(shí)現(xiàn)傳感器的高性能，但必須采用 5 伏電源和低成本工作。對(duì)于該傳感器的激勵(lì)，它需要沒(méi)有直流分量的正弦波或方波。此外，該傳感器具有非常寬的動(dòng)態(tài)電抗范圍（700歐姆至20MOhm）。為了獲得完整的RH范圍性能，我們必須考慮這種寬動(dòng)態(tài)范圍（約90 dB）。

電路設(shè)計(jì)

在本電路中，我們使用運(yùn)算放大器LTC1250和LTC1050的零漂移特性。本電路還使用了一個(gè)精密儀表開(kāi)關(guān)電容器模塊LTC1043。該電路將保持A微伏級(jí)的直流精度，因此我們可以降低成本，因?yàn)槲覀儾恍枰嬲?a target="_blank">RMS到DC或?qū)?shù)轉(zhuǎn)換器，隨著溫度的變化，它們會(huì)不穩(wěn)定。在該電路中，LTC1046 將 5V 電源轉(zhuǎn)換為 -5V 電源。所以我們只需要一個(gè) 5 伏電源。該電路中有一個(gè)負(fù)電源，供U2、U3和U4使用。

U2A 為傳感器提供激勵(lì)，傳感器是 LTC1043 開(kāi)關(guān)電容器構(gòu)建模塊的一部分。該激勵(lì)是交流方波，在 -5 到 5+ 伏之間擺動(dòng)，頻率約為 2.4 kHz，是 U3 自動(dòng)零速率的一半。他偏離了在5 KHz處采取的物理化學(xué)響應(yīng)曲線，可以認(rèn)為是微不足道的?？勺冸娮鑂2提供滿量程設(shè)置。我們必須將 R2 設(shè)置為 700 歐姆將導(dǎo)致 2：1 分壓器，因?yàn)閭鞲衅鞯碾娮柙诖蠹s 700% RH 時(shí)為 90 歐姆。如果與U4增益（增益=2）結(jié)合使用，則該分壓器產(chǎn)生的增益將達(dá)到3的總增益。必須包括U4，才能正常工作，否則，將由C7和C3形成分壓器，這取決于相對(duì)濕度傳感器的電阻。U4是一款精密自動(dòng)歸零運(yùn)算放大器，自動(dòng)歸零頻率約為75.2 kHz?！跋虏俊遍_(kāi)關(guān) U3B 對(duì) U4 輸出進(jìn)行采樣，然后此示例為 U4 輸入提供。U2 設(shè)置為提供 《》 的增益。

將U4的輸出數(shù)字化很容易，該傳感器的靈敏度取決于轉(zhuǎn)換器的分辨率?？潭鹊母啥耍ǖ拖鄬?duì)濕度）取決于 A/D 分辨率。然而，滿量程輸出（大約90%濕度）基本上與ADC中的位數(shù)無(wú)關(guān)。例如，12位DAC將處理濕度信號(hào)，轉(zhuǎn)換為約20%的RH，因?yàn)樵摑穸认碌碾妷狠敵黾s為2.3mV，而0.5LSB為1.2mV。要讀取低至10%的RH，轉(zhuǎn)換350uV信號(hào)需要16位轉(zhuǎn)換器。16位ADC價(jià)格昂貴，因此使用2通道12位轉(zhuǎn)換器更經(jīng)濟(jì)，該轉(zhuǎn)換器可在濕度范圍內(nèi)的某個(gè)地方改變范圍。