微流量计的信号调理电路

　　该型高精度微流量传感器基于转子流量计原理设计而成,由敏感元件感受转子位移信号,对信号进行滤波、放大等调理,输出幅度较大的电压信号,通过A/D转换进入CPU,经过计算、温度补偿得到流量值,以数字显示和通过标准RS485接口输出。

　　1　传感器基本原理

　　转子流量计本体由一个锥形管和一个置于锥形管中可以上下自由移动的转子(或称浮子)组成。将其与采用差动变压器原理设计的位移传感器相连接。当传感器的铁芯位置变动时输出不同的电压值。被测流体流量的大小是由转子相对于锥管发生的位移变化值来反映的,也就是说,转子相当于位移传感器中的铁芯。当流体从底部流入锥型管时,由于液体的浮力的作用,在不同流速下转子所受浮力大小不同,因此会有不同的位移;位移的变化导致了位移传感器输出不同的电压值。

　　该方案适用于流量在2毫升/分到20毫升/分的流体测试中,克服了目前的一些流量计在微流量时误差较大的缺点。由于该方案所处理的信号很小,因此,需要特殊的信号处理电路。

　　2　电路组成

　　该电路的信号处理部分由以下几部分组成:激励电路,传感器信号输出电路,放大电路,有效值转换电路,滤波,模数转换电路。

　　电路的工作原理及作用

　　振荡激励电路由CD4011与CD4013与非门构成。输出+5V的方波,经过积分,激励传感器。

　　由于传感器的输出较小,故采用了一个典型的同相并联差动放大电路放大。该部分的核心是有效值转换电路。我们采用了LTC1966芯片(该芯片是一个将有效值转化为直流的集成电路)。它采用数字处理技术对信号进行调理,克服了传统转换电路因采用模拟乘法器而造成的线性不好,受温度影响大的缺点。应用电路如图1:

　　为了比较输出脉动的大小,输入一个幅值为100mV的正弦波,传统电路与采用LTC1966电路的输出波形见图2。

　　从图中可看出,传统电路输出的脉动最大可达10mV,脉动系数为10mV/100mV=10%,而采用了改进的电路之后,脉动最大为5mV,明显改善了波动。为了让输出的直流更稳定,该电路的后面接图示滤波电路。

　　3　结论

　　经过样品试验,证明这种信号处理电路基本上满足了精度要求。该微流量计的试验标定结果达到了设计指标(要求误差在3%以内,实验误差为1.2%)。

　　作者简介:张卫刚(1978—),男,研究生,从事通信与信号处理研究。

　　收稿日期:2003-01