4 濕度變送器的設(shè)計(jì)

在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，采集到的信號(hào)經(jīng)長(zhǎng)線傳輸時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生以下問(wèn)題：由于傳輸?shù)男盘?hào)是電壓信號(hào)，傳輸線會(huì)受到噪聲的干擾;傳輸線的分布電阻會(huì)產(chǎn)生電壓降。為了解決這些問(wèn)題，通常用電流來(lái)傳輸信號(hào)，這就用到了變送器。

本文采用了美國(guó)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(hào)輸出。其電路如圖7 所示。

濕度傳感器輸出的0～3V 電壓通過(guò)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(cè)量范圍。RCM 取為1KO，它提供一個(gè)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(gè)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(zhuān)門(mén)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(guò)1mA 會(huì)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(kāi)。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(shí)，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(jí)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(shí)，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(yǔ)

我們對(duì)所設(shè)計(jì)的濕度傳感器進(jìn)行了準(zhǔn)確度測(cè)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(cè)量?jī)x及萬(wàn)用表對(duì)濕度傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果見(jiàn)表1。從表1 的測(cè)試結(jié)果可以看出：該傳感器的測(cè)量準(zhǔn)確度達(dá)到了±2.5%以?xún)?nèi)。

基于HS1101 的濕度傳感器及XTR105 變送器設(shè)計(jì)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(cè)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(jià)值。