电阻－时间线性转换电路 - 电源技术 - 电子工程师俱乐部
基于电阻的传感器,如应力规和压阻器件，常用于测量多种物理参数。对于使用数字处理器或微控制器进行数据采集和信号处理的设备来说，传感器的响应必须表现为一种适合于转换成数字格式的形式。把这类传感器的电阻变化转换成一个与之成比例的频率或时间间隔是可取的，所以你就能用一个计数器或定时器来方便地得到数字形式的输出信号。图1所示电路把传感器的电阻RS 线性地转换成与之成比例的时间间隔。这一电路实际上是一个张驰振荡器，由一个电流源、一个桥式放大器、一个比较器和一个触发器组成。电流IS分成两路，分别通过R1和R2，就如同这两个电阻并联在一起一样。假定运算放大器是理想放大器，则当RX (R4+RS)大于R1R3/R2时，该电路就起一个振荡器的作用。该电路可在比较器IC2的输入端和输出端产生多种波形(图2)。T1和T2分别是比较器的输出电平为VS1和-VS2时的时间间隔。IC2的输出电压，在其电平可通过一个齐纳二极管电路加以改变的情况下，可作为D触发器的时钟输入。你可从7474触发器得到交替出现的高电平和低电平的方波输出，其时间周期为T=4C(R2RX-R1R3)/R1。这一公式说明该电路把传感器的电阻变化转换成与之成比例的时间间隔ΔT，转换灵敏度为ΔT/ΔRS=4C(R2/R1)。图1所示电路可达到下列突出性能：
●传感器接地。你只要改变R1或R2就可很方便地改变转换灵敏度。
●你只要改变R3或R4，就可改变偏置值 TO（与传感器阻值变化而引起的T变化有关），而不影响转换灵敏度。
●运算放大器的失调电压以相反的方式改变T1和T2，因而对T(T1+T2)的总影响不大。
●由于电流源的存在，输出在很大程度上对电流源线路的噪声电压及VS1和VS2的变化并不敏感。
请考虑这样一个实例：把一个Pt-100（铂RTD）传感器的119.4Ω~138.51Ω的阻值范围转换成10~12.5ms的时间周期。与119.4Ω~138.51Ω阻值范围对应的温度范围为50℃~100℃。这一设计很简单。由于流过传感器的电流是IS的一部分，IS应小得足以使自加热误差达到可接受的低水平。该设计中使用了一个IN5287电流调节器，它所提供的IS和动态阻抗分别为0.33mA左右和优于1.35MΩ。如果电流源性能较好，你就可使用基于稳压器IC的电路。下一步是，在为R1和C选取一个适当可行的固定值情况下，调整R2的阻值，直到获得所要求的灵敏度：130.82μS/Ω。此后，在R4固定不变情况下，调整R3以获得输出（T）所需的偏置。图1给出了本例所用元件的参数值。电阻的容差均为1%，额定功率为0.25W，C是聚碳酸酯电容器。
图1这个简单的电路把电阻读数转换成时间周期输出。
图2这些波形代表比较器IC2的输入和输出。 电阻式传感器是将被测量，如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换式成电阻值这样的一种器件。主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件。
1、电阻应变式传感器
传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应，即在外力作用下产生机械形变，从而使电阻值随之发生相应的变化。电阻应变片主要有金属和半导体两类，金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。半导体应变片具有灵敏度高(通常是丝式、箔式的几十倍)、横向效应小等优点。
2、压阻式传感器
压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件。其基片可直接作为测量传感元件，扩散电阻在基片内接成电桥形式。当基片受到外力作用而产生形变时，各电阻值将发生变化，电桥就会产生相应的不平衡输出。
用作压阻式传感器的基片(或称膜片)材料主要为硅片和锗片，硅片为敏感 材料而制成的硅压阻传感器越来越受到人们的重视，尤其是以测量压力和速度的固态压阻式传感器应用最为普遍。
3、热电阻传感器
热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。在温度检测精度要求比较高的场合，这种传感器比较适用。目前较为广泛的热电阻材料为铂、铜、镍等，它们具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、使用温度范围宽、加工容易等特点。用于测量-200℃～+500℃范围内的温度。
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