一种新型热电阻/频率转换器RFC的研制

　　RFC(热电阻/频率转换器)是一种新型的热电阻温度测量前向通道技术。常规热电阻测温系统中,温度参数的测量大多采用“热电阻-变送器-A/D转换-计算机”这种传统的进机方式,其主要缺点是系统复杂、成本高。而RFC是将热电阻参数的变化直接转换为相应的频率信号,这就使参数进机方式简单、成本降低,进机处理简便。这种更为直接的转换技术成为当前传感器和前向通道技术发展的方向之一。

　　1　RFC基本原理

　　RFC电路是一个闭环的振荡系统,它主要由积分环节、信号放大、施密特比较和基准源等部分组成,其原理如下:

　　由RFC的输出特性可见,其输出频率fRFC与热电阻R_cu呈线性关系,这就可方便地将RFC的频率输出信号送入计算机系统进行脉冲计数和数据处理。

　　2　RFC的误差分析和特性测定

　　在RFC闭环振荡系统中,由其原理可知,(7)式是由理想情况导出的,在实际的RFC中,各级运放的非理想性必然会对其引入静态误差和动态误差,而前级的积分运放又是RFC的主要误差源,其静态误差主要取决于运放的失调及其漂移等因素。取积分补偿电阻等于积分电阻时,在积分运放输出端产生的误差电压为:

　　由此可见,减小积分静态误差的主要措施有:选用失调及其漂移小的运放、采用合适的补偿措施、选取合适的积分电容并保证其尽可能小的泄漏指标等。积分运放的动态误差包括频域误差和时域误差,考虑频域误差时,积分器的频率特性方程为:

　　幅度相对误差δ(ω)和相位误差ΔΦ(ω)分别为:

　　当,相位误差近似为零;当ω<1/相位误差呈超前误差;当相位误差呈滞后误差。为使误差最小,实际积分器的信号工作角频率应尽可能落在附近。频域分析说明,要扩大积分器的正常工作频段和减小频域误差,就要提高积分运放的K0和开环增益—带宽积K0/τ0.

　　考虑时域误差时,在阶跃输入信号作用下,理想积分器输出是时间的线性函数,但在运放的增益—带宽积和K0有限的条件下,实际积分器的输出不再是时间t的线性函数,响应初期,它有时间滞后,响应后期,响应变平缓。

　　理想积分器的阶跃响应:

　　时域分析说明,响应初期实际响应比理想响应有一时间滞后τ0/K0,毫无疑问,选择增益—带宽积大的运放有利于减小这种滞后。响应后期,实际响应与理想响应相比,随积分时间的加长,积分误差加大,为了减小响应后期造成的误差,应选择K0大的运放。

 　　3　RFC的特性测定和实际应用