抗温漂称重传感器信号测量电路

文档序号:1919430 发布日期:2021-12-03 浏览:14次 >En<

阅读说明:本技术 抗温漂称重传感器信号测量电路 (Temperature drift resistant weighing sensor signal measuring circuit ) 是由 许兆欣 金西汉 尚学勇 于 2021-11-08 设计创作,主要内容包括:本发明实施例公开了一种抗温漂称重传感器信号测量电路,包括应变片式称重传感器、MCU、第一信号测量ADC、放大器电路、电源、第二信号测量ADC以及用于分压的电阻R1和电阻R2,第一信号测量ADC的参考电压端通过电阻R1检测应变片式称重传感器的供电电压,电阻R2的两端分别连接第一信号测量ADC参考电压端的两极,第二信号测量ADC与MCU连接通讯,第二信号测量ADC的参考电压端检测应变片式称重传感器的供电电压,第二信号测量ADC的信号检测端连接第一信号测量ADC参考电压端,MCU根据第二信号测量ADC的测量指对被测信号进行修正。本发明既解决了被测信号放大倍数的问题,也解决了分压电路受温度影响导致测量不准的问题。(The embodiment of the invention discloses a temperature drift resistant weighing sensor signal measuring circuit which comprises a strain gauge type weighing sensor, an MCU, a first signal measuring ADC, an amplifier circuit, a power supply, a second signal measuring ADC, a resistor R1 and a resistor R2, wherein the resistor R1 and the resistor R2 are used for voltage division, a reference voltage end of the first signal measuring ADC detects the power supply voltage of the strain gauge type weighing sensor through a resistor R1, two ends of the resistor R2 are respectively connected with two poles of a reference voltage end of the first signal measuring ADC, the second signal measuring ADC is in communication with the MCU, a reference voltage end of the second signal measuring ADC detects the power supply voltage of the strain gauge type weighing sensor, a signal detection end of the second signal measuring ADC is connected with a reference voltage end of the first signal measuring ADC, and the MCU corrects a measured signal according to a measurement finger of the second signal measuring ADC. The invention solves the problem of measured signal amplification factor and the problem of inaccurate measurement caused by the influence of temperature on the voltage division circuit.)

抗温漂称重传感器信号测量电路

技术领域

本发明涉及测量称重技术领域,尤其涉及一种抗温漂称重传感器信号测量电路。

背景技术

现代社会,电子衡器用量巨大,已经应用到人民生活及工业生产的各个环节。在称重仪表的设计、调试过程中,需要传感器提供各种重物量值的信号,再通过放大器电路进行放大,最后被信号测量ADC检测到之后发送给MCU计算得到重量。

现有技术中,主要有如下两种技术方案:

方案A,如图1所示,方案A的优点为:给传感器供电的电压直接给到ADC作为测量参考电压,所以测量端温度特性比较好,受温度变化影响小;缺点为:由于传感器给出的信号(被测量信号)范围在0-15mV,所以为了能够用到ADC更大的测量范围(测量信号更接近0-5V范围),需要高倍数放大器(320倍),由于放大器放大倍数大,引入噪声比较严重,对于后期信号处理带来影响。

方案B,如图2所示,方案B的优点为:通过电阻分压的方式,在同源的5V电压上分出一个1V电压(ADC最小可使用的参考电压)作为参考电压,这样能够大幅度降低被测量信号需要放大的倍数,仅需要64倍放大即可使被测信号范围接近参考电压,减少由放大倍数过大带来的信号噪声;缺点为:由于ADC的参考电压采用电阻分压而来,所以在温度变化时,由于电阻的温度特性不同导致ADC参考电压发生变化,从而在测量中即使被测信号未发生变化,仪表测量时也会产生测量结果的变化(温度漂移),造成测量精度受到影响。

以上两种传统技术方案各有利弊,但是无法同时解决低倍数测量信号放大(降低放大器引入的噪声)与温度漂移的问题。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于,提供一种抗温漂称重传感器信号测量电路,以同时解决低倍数测量信号放大与温度漂移的问题。

为了解决上述技术问题,本发明实施例提出了一种抗温漂称重传感器信号测量电路,包括应变片式称重传感器、MCU、第一信号测量ADC、放大器电路以及电源,其中,电源包括5V输出端和3.3V输出端,分别为应变片式称重传感器提供5V输出电压,为MCU提供3.3V输出电压;第一信号测量ADC与MCU以及放大器电路连接,第一信号测量ADC通过放大器电路检测应变片式称重传感器输出的被测信号,所述测量电路还包括第二信号测量ADC以及用于分压的电阻R1和电阻R2,第一信号测量ADC的参考电压端通过电阻R1检测应变片式称重传感器的供电电压,电阻R2的两端分别连接第一信号测量ADC参考电压端的两极,第二信号测量ADC与MCU连接通讯,第二信号测量ADC的参考电压端检测应变片式称重传感器的供电电压,第二信号测量ADC的信号检测端连接第一信号测量ADC参考电压端,MCU根据第二信号测量ADC所测量到的第一信号测量ADC参考电压的变化情况对被测信号进行修正,计算得到重量值。

进一步地,MCU采用下式计算重量值Weight:

;

其中,为第二信号测量ADC检测到的第一信号测量ADC参考电 压,为第二信号测量ADC参考电压且等于应变片式称重传感器的供电电压,K为放大器 电路的放大倍数,为第一信号测量ADC的测量值,为所述测量电路中第 一信号测量ADC的最大测量值。

本发明的有益效果为:本发明既解决了被测信号放大倍数的问题,也解决了分压电路受温度影响导致测量不准的问题。

附图说明

图1是现有技术中方案A的电路图。

图2是现有技术中方案B的电路图。

图3是本发明实施例1的抗温漂称重传感器信号测量电路的电路图。

图4是本发明实施例2的抗温漂称重传感器信号测量电路的电路图。

具体实施方式

需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合,下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

请参照图3~图4,本发明实施例的抗温漂称重传感器信号测量电路包括应变片式称重传感器、MCU、第一信号测量ADC、放大器电路、电源、第二信号测量ADC以及用于分压的电阻R1和电阻R2。

电源包括5V输出端和3.3V输出端,分别为应变片式称重传感器提供5V输出电压,为MCU提供3.3V输出电压。第一信号测量ADC与MCU以及放大器电路连接。第一信号测量ADC与MCU之间SPI通讯,测量放大器电路放大的信号。第一信号测量ADC通过放大器电路检测应变片式称重传感器输出的被测信号,第一信号测量ADC的参考电压端通过电阻R1检测应变片式称重传感器的供电电压。电阻R2的两端分别连接第一信号测量ADC参考电压端的两极。

第二信号测量ADC与MCU连接通讯,第二信号测量ADC的参考电压端检测应变片式称重传感器的供电电压,第二信号测量ADC的信号检测端连接第一信号测量ADC参考电压端,MCU根据第二信号测量ADC所测量到的第一信号测量ADC参考电压的变化情况对被测信号进行修正,计算得到重量值。

作为一种实施方式,MCU采用下式计算重量值Weight:

;

其中,为第二信号测量ADC检测到的第一信号测量ADC参考电 压,为第二信号测量ADC参考电压且等于应变片式称重传感器的供电电压,K为放大器 电路的放大倍数,为第一信号测量ADC的测量值,为所述测量电路中第 一信号测量ADC的最大测量值,R1和R2分别为电阻R1和电阻R2的阻值。

实施例1:应变片式称重传感器为4线制应变片式称重传感器,如图3所示,本发明增加1路ADC,第二信号测量ADC(即图3中的ADC2)采用传感器供电电压作为测量参考电压,ADC1的参考电压进行测量(由传感器供电电压分压而来),所以当温度发生变化时,ADC2能够测量到ADC1基准电压产生的偏差,并告知MCU,而ADC1测量到传感器信号后也告知MCU,MCU可以根据ADC2告知的ADC1参考电压的变化情况对被测信号进行修正。本实施例不考虑传感器应变片以及传感器接线,仅考虑仪表内部测量部份,唯一对测量有影响的部分就在于分压电路部分(受温度影响,分压电阻阻值发生变化),但由于采用两个ADC芯片分别测量传感器信号与参考电压信号,即解决了被测信号放大倍数的问题,也解决了分压电路受温度影响导致测量不准的问题。

实施例2:应变片式称重传感器为6线制应变片式称重传感器,如图4所示,本发明实施例考虑传感器长线连接时,线上电阻不可忽略,从而采用6线制解法,同样采用双ADC对1路传感器信号进行测量和修正。Rb为传输线上的电阻,此电路中实际传感器供电电压变为Vp,而ADC2的参考电压采用Vp经过线路反馈过来的电压,而ADC1采用ADC2参考电压分压作为参考电压。本六线制连接中,由于连接线等长,所以电阻相等,当温度变化是Rb的变化比例相同,所以信号变化比例相同,所以信号测量不受影响。而能影响信号测量的部分只有R1与R2的分压电路。电路中通过ADC2测量ADC1参考电压的变化情况并告知MCU,当ADC1测量到传感器输入信号后,MCU会根据ADC1参考电压的变化情况对传感器输入的测量信号结果进行修正,即可避免温度变化造成测量的不准确也同时解决了高倍数放大电路对测量引入的额外噪声问题。

如图2所示,现有技术中4线制的测量分压方式:传感器供电电压,ADC参考电 压,分压电阻 R1, R2,放大器放大倍数为K。

ADC测量参考电压

此电路中ADC最大码对应电压值为

此时如果ADC采集到的数字码为

则传感器输入测量结果:

然后我们可以通过,传感器量程与传感器最大输入电压(传感器灵敏度X)计算出重量值Weight。

;

;

从上述公式可以看出当传感器确定后,传感器最大量程,传感器灵敏度是一个固 定不变的数值,同样也是不变的数值,对于一个24bitADC来说,, 所以重量计算只与分压电阻 R1, R2与ADC测量到的有关。

然而当温度变化时电阻阻值变为,由于电阻的温度特性不同,那么 就存在

,而在上述电路中无法得知电阻变化后的值是多少,从 而导致同养的输入电压会随温度变化而产生不一样的测量结果。

而在本发明的实施例1中,ADC2部分电路对于ADC1电路的进行测量,可以得 知的实际电压值,而我们知道在ADC1的电路中,而正 是ADC2电路中的,所以上述公式可以变化为,通过此公式我们可以计算的实际值,而不是设计电路的理论值,那么在重量计算公式中 ;当R1与R2发生变化时,我们依然可以用实际 测量到的计算得到真正的,已确保重量计算的准确性。

在实施例2的6线制传感器接法中,ADC2的参考电压采用从传感器端反馈回来的电压,回避了从电源端到传感器端电压衰减部分造成的误差。即保证了ADC2,ADC1电路的参考电压与传感器供电电压为一个电压源(Vp+, Vp-),所以即使线阻Rb发生变化时,参考电压与被测信号的激励源电压依然是同源的,确保测量的准确性。而仪表内部的测量部分由于分压电阻温度变化产生的影响与上面四线制讨论的公式一样,可以由双AD测量方法进行消除。

因此,由于本发明具有对于分压电阻产生的温漂进行修正,所以使得测量电路中可以使用分压的方式降低测量ADC的实际使用的参考电压,从而降低对放大电路放大倍数的要求(包括独立的放大器或者ADC内部的放大器),最终降低信号中噪声的含量与幅值获得更好的测量结果。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。

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