基于HS1101 的濕度傳感器及其變送器的設(shè)計
在工業(yè)現(xiàn)場,采集到的信號經(jīng)長線傳輸時,往往會產(chǎn)生以下問題:由于傳輸?shù)男盘柺请妷盒盘枺瑐鬏斁€會受到噪聲的干擾;傳輸線的分布電阻會產(chǎn)生電壓降。為了解決這些問題,通常用電流來傳輸信號,這就用到了變送器。
本文采用了美國BB 公司生產(chǎn)的XTR105 作為濕度變送器的芯片,把濕度傳感器輸入的0~3V 電壓轉(zhuǎn)換為4~20mA 的電流信號輸出。其電路如圖7 所示。
濕度傳感器輸出的0~3V 電壓通過XTR105 芯片的2 和13 引腳輸入。調(diào)整3 和4 引腳間的電阻RG和RG1 的值,可以改變XTR105 芯片的內(nèi)置儀表放大器增益值,從而選定合適的測量范圍。RCM 取為1KO,它提供一個附加電壓降,使XTR105 的輸入電壓限制在共模方式下的電壓范圍內(nèi)。與RCM 并聯(lián)的0.01μF 旁路電容用于降低共模噪聲。整個裝置的電壓,電流傳遞函數(shù)為:
其中Rm=RG·RG1/(RG+RG1),VIN 是VIN+(13 引腳),VIN-(2 引腳)兩端輸入電壓。VREG 引腳(11引腳)還專門為外部電路提供5.1V 的精密電壓,11引腳最大輸出電流為1mA,超過1mA 會影響到零輸出電流。
三極管Q1 是4~20mA 電流回路的主要電流傳導(dǎo)器件,用于吸收回路中的大部分電流。該器件將外部電源電流與XTR105 的內(nèi)部消耗嚴(yán)格分開。由于外接三極管位于反饋回路中,其參數(shù)不能在臨界點(diǎn)。
當(dāng)電源電壓低于36V 時,功耗可低一些。IN4048 接成的橋式電路可以保證XTR105 的電源極性不反接,從而真正實(shí)現(xiàn)兩線制。C2 為去耦電容,其值是0.01μF,用于降低高頻干擾。負(fù)載RL 用于將傳送的4~20mA 的電流轉(zhuǎn)換為電壓,供后級處理。選擇負(fù)載阻抗RL,應(yīng)使得輸出在4~20mA 范圍內(nèi)變化時,引腳7 和引腳8 之間的電壓保持在11.6V~40V 的電源電壓范圍內(nèi)。也可以由下式確定最大的RL:
所以取 RL=250Ω。
5 結(jié)語
我們對所設(shè)計的濕度傳感器進(jìn)行了準(zhǔn)確度測量。將濕度傳感器置入TERCHY 公司的MHU-SA 恒溫恒濕箱內(nèi),用VAISALA 公司的HMP143A 高精度濕度測量儀及萬用表對濕度傳感器輸出信號進(jìn)行測量,結(jié)果見表1。從表1 的測試結(jié)果可以看出:該傳感器的測量準(zhǔn)確度達(dá)到了±2.5%以內(nèi)。
基于HS1101 的濕度傳感器及XTR105 變送器設(shè)計的電路性能好,線性度高,年漂移量小,可以互換,體積小。而且可在寬溫度,全濕度范圍內(nèi)進(jìn)行測量,具有溫度補(bǔ)償,提高了傳感器的精度,傳輸距離遠(yuǎn),防靜電特點(diǎn),所以有很大的推廣價值。
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