一種基于鉑電阻的風速傳感器

2 電路工作原理
如圖所示電路，兩條支路a和b兩端電壓相等，根據(jù)熱功率公式可知，其產(chǎn)熱效率約為支路a的1／10。因此，在考慮由于熱功時可以忽略電流對b支路的影響。

風速為0m／s時，設計R2和Ptl000阻值之比小于R1和(Ptl00+R3)之比，放大器輸出低電平，晶體管基極電位降低，晶體管Ql集電極電流增大，由于兩個半橋的分流比約為10：1，由并聯(lián)電路分流原理知Ptl00電流增大，使得鉑熱電阻阻值增加，c點電壓降低，最終反饋電路調解使c點電位和d點接近，達到平衡狀態(tài)，并以c點電壓作為表征風速的輸出值。當風速增大時，對流散熱增加，Ptl00溫度降低，其阻值減小，使得c點電壓高于d點電壓，放大器輸出電壓降低，導致晶體管Q1基極電流增加，集電極電流升高使得Ptl00阻值增加，最終達到一新的穩(wěn)定平衡點。由上述分析可知，風速增大，受控電流增大，端子c輸出電壓增大。由于采用了差動式測量，且兩個測量半橋配置的傳感元件同為鉑電阻，氣體溫度對電路測量值的影響可以忽略不計，在不附加其他溫度補償電路的情況下，可以在較寬的溫度范圍下使用，適合于大多數(shù)現(xiàn)場測量環(huán)境。

3 實驗結果及誤差分析
為了驗證所設計的風速測量傳感器，搭建了簡易的實驗驗證平臺。實驗驗證平臺由EE66-VB5風速計作為標準風速計量單元，對所設計的傳感器和測量電路獲得的測量數(shù)據(jù)進行對比。風速計EE66-VB5是一種高精度的風速測量傳感器，測量范圍：0～2m／s，輸出電壓：0～10V，風速精度：±(0．1m／s+3％測量值)，響應時間：0．2秒，工作溫度：-10～+50℃。由于其很高的精度及靈敏度，因此該實驗把其測量的值作為真實值，將該風速計和待測量傳感器置于相同的環(huán)境，在相同的風速下，其測量值和鉑熱電阻組成的風速傳感器測量值做比較。從而分析鉑熱電阻組成的風速傳感器的性能。下面是分別在不同風速下的輸出電壓，所測部分結果如表1所示。

圖2中，由于放大器飽和電壓的影響，當輸入電壓為0V時，其輸出電壓約為0．25V。經(jīng)計算，本實驗所設計的風速傳感器的標準誤差為0．085，其偏差主要是因為EE66-VB5探頭和鉑熱電阻采樣點的偏籌，以及小風扇風速不穩(wěn)定性等因素造成的。

4 結論
綜上所述，本文闡述了鉑熱風速傳感器的數(shù)學模型、電路原理。并且通過對實驗數(shù)據(jù)的具體測量、分析、計算得出本實驗風速傳感器誤差。本實驗設計的風速傳感器由于具有電路簡單，成本低廉，功耗小，較高的精度等特點而具有很強的實用性?？蓪矣迷O備如空調、風扇等的風速進行測量，同時還可用在汽車工業(yè)等其他行業(yè)上用于檢測單位時間內的空氣流量。