前面和大家探讨过温度传感器石英晶振的工作原理和条件,相信大家已经初步了解了,什么是传感器晶振,以及相关的基础知识,那么我们今天就更进一步,说说具体的布局设计方案,以其过程中会出现的特点。
1、方案一:热敏电阻测量
如图1所示是一种常用的晶振热敏电阻测量原理电路,由电源,电阻电桥,运放和输出四部分组成。电源部分包括R4,R6,C1,U1B。R4,R6 为分压电路,C1主要滤除Vcc中的纹波,U1B为LM324运放,工作于电压跟随方式,其特点是输入阻抗高,输出阻抗低,为后级电桥提供稳定的电流。电桥由R1,R2,R3,R13及U2(热敏电阻)组成,通过调节R13使电桥平衡,当温度发生变化时,热敏电阻阻值发生变化,电桥产生电位差。运放电路由R7,R8,R9,R10及U1A组成,这是一种灵敏度高的电桥放大电路,放大倍数由R9/R8得到。输出电路由R5,R12,R14,D1组成,调节R14可以调整输出电压幅度。D1主要用于防止输出负电压,保护后级A/D电路。其他电阻类传感器的工作原理与此相似,也可以分成以上几部分。热敏电阻的指数曲线特性难补偿,线性差。
2、方案二:热敏电阻PT100
如图2所示是PT100温度采集电路,该电路采用稳压恒流电路及电桥的组合,使得电路有较好的平衡性与灵敏性。由于Pt100的变化范围较小,所以前级的放大就十分的重要,要求前级误差小U1A(TL082)稳压使避免了电源对电桥的影响,同时有十分准确的电压保证后级通过Pt100的电流恒定。后级的差分放大是对ΔUi的放大,通过调节R6就能对不同温度段进行精确的测量,同时R6还起到标定的作用。电路简单,石英晶体谐振器测量精度高,Pt100的线性很好,测量范围为从-200℃~+650℃。
3、方案三:石英晶体温度传感器
石英谐振器的振荡频率随温度而变化。采取特殊的切割方向,可以使这种变化加强,再把这种变化控制成线性或接近线性关系,就可以制成一种高灵敏度测温传感器。根据不同的频率和切型,压电石英晶体谐振器温度传感器的温度灵敏度Ct可以在20Hz/℃到2850Hz/℃范围内变动。对这一变化进行频率测量,可以使温度分辨力达到1x10-4℃,石英传感器的敏感元件是石英晶体,石英晶体传感器的原理框图如图3所示。
经方案一、方案二和方案三比较,由于贴片石英晶振的主要成份是二氧化硅,其密度为2.65×103kg/3 m,莫氏硬度为7,熔点高达1750℃,难溶于水,长期稳定性能好,石英晶体具有较高的机电耦合系数,线性范围宽,重复精度高,滞后小,无热释电效应,动态特性优良,振动频率稳定,是其它材料难以代替的。