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(多图) 工业传感器实用指南

Jason Seitz?? 2013年06月27日 ?? 收藏8

同样,NDIR系统需要一个基准通道、可调放大倍率、偏移补偿,以及偏置。LMP91051可配置传感器AFE为NDIR探测应用完成这些工作(图4)。它有一个双通道输入,支持活动通道和基准通道、PGA、可调偏移抑制DAC,以及共模发生器。LMP91051能够将这些重要的NDIR系统块集成到一起,从而减少了设计时间、电路板空间、功率,以及成本。

pH电极用于测量氢离子(H+)的活动,并产生一个电势或电压。pH电极的工作原理是:当两种不同pH值的液体在一个薄玻璃膜两侧相互接触时,就会产生一个电势。这些pH电极采用相同原理,可在各种应用中测量pH值,包括水处理、化学过程、医疗仪器,以及环境测试系统等。

pH电极是一种无源传感器,意味着不需要激励源(电压或电流)。不过,它是一种输出电压可以在基准点上下摆动的双极传感器。因此,在单电源系统中,传感器需要以某个共模电压为基准(通常是电源电压的一半),以防止摆到大地。

一个pH电极的源阻抗非常高,因为薄玻璃泡有大电阻,通常在10MΩ~1000MΩ范围。这意味着只有高阻抗测量电路才可以监控电极。此外,电路应有低的输入偏移电流,因为即使最小的电流注入高阻电极,也会产生相当大的偏移电压,从而给系统带来测量误差。另外,由于在系统关断时,也可能会从pH电极拉出电流,持续长时间后可能使传感器降级。因此,关键是要保持低的输入偏移电流,即使测量电路并未通电。

pH电极产生的电压输出与待测溶液的pH值呈线性关系。图5和图6中的传递函数与pH范围表明,当溶液的pH升高时,pH测量电极所产生的电压下降。注意,pH电极的灵敏度会随温度而改变。图中的pH电极传递函数显示,灵敏度会随温度而线性地增长。由于这一特性,关键是要了解待测溶液的温度,并对测量作相应补偿。

最后,pH传感器需要一个高阻、低输入偏移电流的接口、共模电压,以及温度补偿能力。用于化学探测的LMP91200传感器AFE就具备了这些功能(图7)。用它的可编程电流源就可以方便地与RTD连接。它的多步温度测量功能消除了温度信号路径中的误差,从而进一步提高了温度测量的精度。该器件的输入偏置电流在25C时只有数十fA量级,从而与高阻pH电极连接时最大限度地减少了误差。最后,当器件关断时,偏置电流只有数百fA,减少了由于拉出电流而带来的电极衰退。

与工业传感器相关的设计挑战包括对激励、增益、温度补偿、偏置抑制、电流-电压转换、高阻接口,以及诊断功能的需求。采用合适的AFE可以提高测量精度,同时降低设计复杂性。

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第1页:传感器精度

第2页:称重传感器

第3页:传感器偏置

第4页:传感器基准通道



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