一种传感器的零满位调节系统的制作方法

1.本实用新型涉及电子技术和零满位调节领域，具体涉及一种传感器的零满位调节系统。


背景技术：

2.传感器受被测物理量变化影响，自身敏感元件物理特性发生改变，输出电信号随之变化，该电信号因为元件敏感程度差异或量程的不同会有，要求其输出电流或电压在规定的范围内变化，以适应后级的采样或表头量程范围，这样的一个调整过程可以分为设定最小值的零位调节（简称“调零”）和设定最大值的满位调节（简称“调满”）。
3.当传感器检测的物理量处于低点时，传感器对应输出电压信号为零位电压，这一电压在多数场合并不为零，该电压作为传感器输出的非零最小值，用于指示传感器处于正常工作且检测量低位状态。对于模拟输出的传感器，常见的有1～5v电压、2.1～7.2v电压以及4～20ma电流等信号输出范围，其中电流输出往往由电压输出转换而来。
4.调零过程通常需要将信号衰减或降低放大倍数，而调满过程则需要将信号放大或增加放大倍数，因此调零和调满相互影响，需要进行多次反复调整，才能同时满足零位和满位的精度要求，在传感器的生产调试中，需要传感器在被测物理量极大与极小之间反复切换。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题是传感器的零满位调节困难，目的在于提供一种传感器的零满位调节系统，解决现有技术中因调零和调满相互影响，导致传感器的零满位难以调节的问题。
6.本实用新型通过下述技术方案实现：
7.一种传感器的零满位调节系统，包括传感器、零位调节模块、放大模块、温度补偿分压模块、基准缓冲模块和满位调节及输出模块；
8.所述传感器与零位调节模块电性连接，所述零位调节模块与放大模块电性连接，所述温度补偿分压模块与基准缓冲模块电性连接，所述基准缓冲模块和放大模块均与零满位及输出模块电性连接，所述零满位及输出模块的输出端为零满位调节系统的输出端。
9.进一步地，所述温度补偿分压模块包括电阻r4、接地电阻r5、电阻r6以及热敏电阻rt，所述电阻r4的一端与外部稳压电源v1的输出端连接，所述电阻r4的另一端分别与电阻r5的一端和接地电阻r6连接，且所述电阻r4的另一端与基准缓冲模块电性连接，所述电阻r5的另一端与热敏电阻rt的一端连接，所述热敏电阻rt的另一端接地。
10.进一步地，所述基准缓冲模块包括运算放大器op1，所述运算放大器op1的同相输入端与电阻r4的另一端连接，所述运算放大器op1的反相输入端与其输出端连接，且所述运算放大器op1的输出端与满位调节及输出模块电性连接。
11.进一步地，所述零位调节模块包括零位调节滑动电阻rp1，所述零位调节滑动电阻
rp1的第一不动端与传感器的输出端连接，所述零位调节滑动电阻rp1的第二不动端接地，所述零位调节滑动电阻rp1的滑动端与放大模块电性连接。
12.进一步地，所述放大模块包括接地电容c1以及运算放大器op2，所述运算放大器op2的同相输入端分别与接地电容c1和零位调节滑动电阻rp1的滑动端连接，所述运算放大器op2的反相输入端与其输出端连接，且所述运算放大器op2的输出端与满位调节及输出模块电性连接。
13.进一步地，所述满位调节及输出模块包括满位调节滑动电阻rp2、电阻r1、电阻r7以及运算放大器op3；
14.所述电阻r7的一端与运算放大器op1的输出端连接，所述电阻r7的另一端与运算放大器op3的同相输入端连接，所述满位调节滑动电阻rp2的第一不动端与运算放大器op2的输出端连接，所述满位调节滑动电阻rp2的第二不动端与其滑动端连接，且所述满位调节滑动电阻rp2的第二不动端分别与运算放大器op3的反相输入端和电阻r1的一端连接，所述电阻r1的另一端与运算放大器op3的输出端连接，所述运算放大器op3的输出端为零满位及输出模块的输出端。
15.进一步地，所述放大模块包括电阻r2、接地电阻r3、电阻r8、电阻r9以及运算放大器op2；
16.所述电阻r8的一端与零位调节滑动电阻rp1的滑动端连接，所述电阻r8的另一端分别与电阻r9的一端和运算放大器op2的反相输入端连接，所述运算放大器op2的同相输入端分别与接地电阻r3和电阻r2的一端连接，所述电阻r2的另一端与参考电压vref连接，所述电阻r9的另一端与运算放大器op2的输出端连接，所述运算放大器op2的输出端与满位调节及输出模块电性连接。
17.进一步地，所述零位调节滑动电阻rp1的滑动端上的电压记为电压v5，所述运算放大器op1的输出端上的电压记为电压v3，所述参考电压vref减去电压v5的绝对值小于或等于电压v3。
18.进一步地，所述满位调节及输出模块包括满位调节滑动电阻rp2、电阻r1、电阻r7、电阻r10以及运算放大器op3；
19.所述电阻r7的一端与运算放大器op1的输出端连接，所述电阻r7的另一端分别与电阻r10的一端和运算放大器op3的同相输入端连接，所述电阻r10的另一端与运算放大器op2的输出端电性连接，所述运算放大器op3的反相输入端分别与电阻r1的一端和满位调节滑动电阻rp2的第一不动端连接，所述满位调节滑动电阻rp2的第一不动端和滑动端均接地，所述电阻r1的另一端与运算放大器op3的输出端连接，所述运算放大器op3的输出端为零满位及输出模块的输出端。
20.进一步地，所述热敏电阻rt设置为铂电阻。
21.本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
22.本实用新型提供的一种传感器的零满位调节系统，采用热敏电阻和固定电阻组成的温度补偿分压模块，从而产生温度补偿的基准电压，作为传感器的零位对应的基准电压，传感器零位输出受温度的影响被预置的温度曲线反方向弥补；传感器输出电压从最小变化到最大，经过反相放大后，变为从最大减小到最小，该电压通过运算放大器与基准电压做减法运算后，同时也与基准电压的温度补偿成正比放大，实现全量程范围的温度补偿；由于基
准电压等于零位电压，调节传感器满位的操作不会对调零结果产生影响，按照先调零再调满的操作步骤，不需要反复调节零位和满位，一次即可完成零满位调节。
附图说明
23.此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：
24.图1为本实用新型提出的一种传感器的零满位调节系统的结构示意图。
25.图2为本实用新型提出的一种传感器的零满位调节系统的第一示例图。
26.图3为本实用新型提出的一种传感器的零满位调节系统的第二示例图。
具体实施方式
27.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。
28.实施例1
29.如图1所示，一种传感器的零满位调节系统，包括传感器、零位调节模块、放大模块、温度补偿分压模块、基准缓冲模块和满位调节及输出模块。
30.传感器与零位调节模块电性连接，零位调节模块与放大模块电性连接，温度补偿分压模块与基准缓冲模块电性连接，基准缓冲模块和放大模块均与零满位及输出模块电性连接，零满位及输出模块的输出端为零满位调节系统的输出端。
31.对于非温度传感器，温度变化往往会影响传感器的物理特性，进而影响传感器精度，因此需要对传感器进行温度补偿，以弥补温度变化造成的输出偏差。
32.若传感器的输出电压随温度增加而减小，则采用图2所示的第一示例进行温度补偿，抵消温度增加带来的偏差。
33.如图2所示，温度补偿分压模块包括电阻r4、接地电阻r5、电阻r6以及热敏电阻rt，电阻r4的一端与外部稳压电源v1的输出端连接，电阻r4的另一端分别与电阻r5的一端和接地电阻r6连接，且电阻r4的另一端与基准缓冲模块电性连接，电阻r5的另一端与热敏电阻rt的一端连接，热敏电阻rt的另一端接地。
34.改变电阻r4、接地电阻r5以及电阻r6的阻值，可以改变输出基准电压的温度变化率。电阻r4的另一端上的电压记为电压v2，该电压v2作为传感器的零位对应的基准电压（即传感器零位在常温下的电压）。
35.值得说明的是，除了本实施例所述温度补偿分压模块外，还可以才其他传感器以及对应的外围电路产生基准电压，例如，可以采用湿度传感器以及外围电路，产生湿度补偿的基准电压，以消除湿度对传感器输出的影响。
36.在一种可能的实施方式中，基准缓冲模块包括运算放大器op1，运算放大器op1的同相输入端与电阻r4的另一端连接，运算放大器op1的反相输入端与其输出端连接，且运算放大器op1的输出端与满位调节及输出模块电性连接。
37.运算放大器op1的输出端上的电压记为电压v3，电压v2经过运算放大器op1缓冲后，输出电压v3，以保持负载稳定性。
38.在一种可能的实施方式中，零位调节模块包括零位调节滑动电阻rp1，零位调节滑动电阻rp1的第一不动端与传感器的输出端连接，零位调节滑动电阻rp1的第二不动端接地，零位调节滑动电阻rp1的滑动端与放大模块电性连接。
39.在图2中，零位调节滑动电阻rp1的第一不动端的另一端为传感器，图示示例的传感器为电容式液位传感器，此处仅仅用于举例，不再进行赘述。
40.在一种可能的实施方式中，放大模块包括接地电容c1以及运算放大器op2，运算放大器op2的同相输入端分别与接地电容c1和零位调节滑动电阻rp1的滑动端连接，运算放大器op2的反相输入端与其输出端连接，且运算放大器op2的输出端与满位调节及输出模块电性连接。
41.在一种可能的实施方式中，满位调节及输出模块包括满位调节滑动电阻rp2、电阻r1、电阻r7以及运算放大器op3；
42.电阻r7的一端与运算放大器op1的输出端连接，电阻r7的另一端与运算放大器op3的同相输入端连接，满位调节滑动电阻rp2的第一不动端与运算放大器op2的输出端连接，满位调节滑动电阻rp2的第二不动端与其滑动端连接，且满位调节滑动电阻rp2的第二不动端分别与运算放大器op3的反相输入端和电阻r1的一端连接，电阻r1的另一端与运算放大器op3的输出端连接，运算放大器op3的输出端为零满位及输出模块的输出端。
43.电压v2为经过温度补偿的基准电压，同时也作为零位电压，该电压经运算放大器op1缓冲后输出电压v3，可见v3=v2；电压v4为传感器输出电压，经过零位调节调节滑动电阻rp1分压和运算放大器op2后放大，使得运算放大器op2输出的电压v6总是小于或等于电压v2，因此：
44.v7 = （v3-v6）
×
（r1
÷
rp2）+ v3
45.其中，v7表示运算放大器op3的输出端上的电压。
46.当传感器感知物理量处于最小值时，传感器输出的电压v4最小，电路中r2=r3=r4=r5，则v6=vref-v5，调节零位调节调节滑动电阻rp1使得v6 = v3时，v7 = v3，输出最小电压，实现调零。
47.当传感器感知物理量从最小变化到最大的过程中，传感器输出的电压v4逐渐增大，保持已经调节后的零位调节调节滑动电阻rp1位置不变，电压v6逐渐减小。当传感器输出的电压v4达到最大时，电压v6出现最小值，调节满位调节滑动电阻rp2，使得电压v7达到满位电压，完成调满。
48.若传感器的输出电压随温度增加而增加，则采用图3所示的第二示例进行温度补偿，抵消温度增加带来的偏差。
49.在图3中，零位调节滑动电阻rp1的第一不动端的另一端为传感器，图示示例中的结构为传感器内部的电桥以及运算放大器，此处仅仅用于举例，不再进行赘述。
50.如图3所示，放大模块包括电阻r2、接地电阻r3、电阻r8、电阻r9以及运算放大器op2。
51.电阻r8的一端与零位调节滑动电阻rp1的滑动端连接，电阻r8的另一端分别与电阻r9的一端和运算放大器op2的反相输入端连接，运算放大器op2的同相输入端分别与接地电阻r3和电阻r2的一端连接，电阻r2的另一端与参考电压vref连接，电阻r9的另一端与运算放大器op2的输出端连接，运算放大器op2的输出端与满位调节及输出模块电性连接。
52.在一种可能的实施方式中，零位调节滑动电阻rp1的滑动端上的电压记为电压v5，运算放大器op1的输出端上的电压记为电压v3，参考电压vref减去电压v5的绝对值小于或等于电压v3。
53.在一种可能的实施方式中，满位调节及输出模块包括满位调节滑动电阻rp2、电阻r1、电阻r7、电阻r10以及运算放大器op3。
54.电阻r7的一端与运算放大器op1的输出端连接，电阻r7的另一端分别与电阻r10的一端和运算放大器op3的同相输入端连接，电阻r10的另一端与运算放大器op2的输出端电性连接，运算放大器op3的反相输入端分别与电阻r1的一端和满位调节滑动电阻rp2的第一不动端连接，满位调节滑动电阻rp2的第一不动端和滑动端均接地，电阻r1的另一端与运算放大器op3的输出端连接，运算放大器op3的输出端为零满位及输出模块的输出端。
55.在一种可能的实施方式中，热敏电阻rt设置为铂电阻。
56.本实用新型提供的一种传感器的零满位调节系统，采用热敏电阻和固定电阻组成的温度补偿分压模块，从而产生温度补偿的基准电压，作为传感器的零位对应的基准电压，传感器零位输出受温度的影响被预置的温度曲线反方向弥补；传感器输出电压从最小变化到最大，经过反相放大后，变为从最大减小到最小，该电压通过运算放大器与基准电压做减法运算后，同时也与基准电压的温度补偿成正比放大，实现全量程范围的温度补偿；由于基准电压等于零位电压，调节传感器满位的操作不会对调零结果产生影响，按照先调零再调满的操作步骤，不需要反复调节零位和满位，一次即可完成零满位调节。
57.本实用新型的工作原理为：
58.采用热敏电阻rt与固定电阻组成的温度补偿分压模块对稳压电源v1进行分压，得到随温度变化的基准电压v2，选择适合的热敏电阻rt以及温度补偿分压模块的参数，使得该基准电压的变化曲线与传感器的温度曲线相反。传感器输出的电压v2经过零位调节滑动电阻rp1衰减后，经过放大模块反相放大，然后输入满位调节及输出模块。通过调节零位调节滑动电阻rp1，使得传感器在零位点时，电压v6等于基准电压v2，得到不随运算放大器op3增益变化的零位电压，同时零位电压随温度变化，补偿传感器的温度影响。调节满位调节滑动电阻rp2，使得传感器输出最大时，运算放大器op3的输出电压达到满位值，此时，因为调零工作原理是使得传感器电压与基准电压相等，抵消后输出等于基准电压，因此调满过程不会影响调零结果。
59.以上的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。