不同類(lèi)型的信號(hào)電阻調(diào)節(jié)器
信號(hào)調(diào)節(jié)器用于連接各種應(yīng)用中的輸入信號(hào)和數(shù)字采集(DAQ)系統(tǒng)。因此，信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)應(yīng)與測(cè)量傳感器的特性相匹配。否則，信號(hào)調(diào)理電路會(huì)衰減傳感器輸入信號(hào)。因此，DAQ的后續(xù)階段將無(wú)法按照其設(shè)計(jì)特征進(jìn)行操作。
信號(hào)調(diào)節(jié)器取決于輸入傳感器和測(cè)量系統(tǒng)。由于物理量的多樣性，一個(gè)傳感器無(wú)法測(cè)量所有物理量。相反，對(duì)于不同的物理量，有一個(gè)單獨(dú)的傳感器。因此，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)與傳感器特性相匹配，以準(zhǔn)確表示自然值。一些常見(jiàn)的信號(hào)調(diào)節(jié)器包括熱電偶、電阻相關(guān)溫度(RTD)、應(yīng)變計(jì)和線性可變差動(dòng)變壓器(LVDT)。
熱電偶信號(hào)調(diào)理
熱電偶是用于測(cè)量溫度的常見(jiàn)且價(jià)格低廉的傳感器，因?yàn)樗鼈兛梢猿惺芨鞣N環(huán)境。信號(hào)調(diào)節(jié)器專(zhuān)為具有非線性輸出的小熱電偶值而設(shè)計(jì)，通常以毫伏(mV)為單位。
它們的小范圍使它們?nèi)菀资艿皆胍舻挠绊?。信?hào)調(diào)節(jié)器應(yīng)該能夠通過(guò)充當(dāng)濾波器來(lái)消除噪聲。根據(jù)應(yīng)用要求，信號(hào)調(diào)節(jié)器還應(yīng)將輸入線性化為0-10 V或4-20 mA信號(hào)。
當(dāng)兩種不同的金屬連接在一起時(shí)，熱電偶會(huì)測(cè)量溫度。兩種不同金屬的結(jié)點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生與溫度成正比的電壓。這是熱電偶執(zhí)行測(cè)量的自然結(jié)點(diǎn)。然而，在測(cè)量設(shè)備的端子處形成了額外的鏈路并且產(chǎn)生了不同的電壓。這個(gè)結(jié)點(diǎn)稱(chēng)為冷結(jié)點(diǎn)，最終輸出包括冷結(jié)點(diǎn)和熱電偶的電壓。
為了消除冷端效應(yīng)，信號(hào)調(diào)節(jié)器應(yīng)補(bǔ)償冷端溫度；否則，結(jié)果不代表實(shí)際溫度。熱敏電阻等外部溫度傳感器測(cè)量冷端的溫度。
電阻相關(guān)溫度(RTD)信號(hào)調(diào)理
電阻相關(guān)溫度（RTD）也是一種使用電阻來(lái)表示溫度的溫度傳感器。其電阻隨溫度的升高或降低而增大或減小。信號(hào)調(diào)節(jié)器必須提供電流來(lái)激勵(lì)RTD以產(chǎn)生代表實(shí)際溫度的電壓。
最常見(jiàn)的RTD之一是pt100溫度傳感器，它在0°C時(shí)的電阻為100歐姆。因此，其電阻變化為0.4 ohm/°C。pt100每度溫度變化的電阻很小；信號(hào)調(diào)節(jié)器應(yīng)提供足夠高的增益來(lái)處理DAQ傳感器信號(hào)。
RTD具有兩線、三線和四線配置。因此，調(diào)節(jié)電路應(yīng)為所有這些提供接口。
兩線RTD經(jīng)常面臨壓降問(wèn)題，其中RTD安裝在距離測(cè)量電路相當(dāng)遠(yuǎn)的地方。因?yàn)檫B接線的電阻也會(huì)增加RTD的電阻，所以輸出結(jié)合了RTD和連接線的電阻。為了抵消連接線引起的電阻，通常使用四線RTD。
應(yīng)變片信號(hào)調(diào)理
應(yīng)變計(jì)用于測(cè)量力。當(dāng)傳感器通電時(shí)，其電阻會(huì)發(fā)生變化。使用附加組件允許針對(duì)其他變量（例如重量和壓力）計(jì)算測(cè)得的力。應(yīng)變計(jì)與稱(chēng)為惠斯通電橋的電路結(jié)合使用。它由四個(gè)已知電阻的電阻元件組成。應(yīng)變片可以放置在四個(gè)位置中的任何一個(gè)。
信號(hào)調(diào)理電路應(yīng)為電橋提供電源，稱(chēng)為激勵(lì)電壓。根據(jù)規(guī)范，勵(lì)磁電壓應(yīng)該是穩(wěn)定的，因?yàn)殡姌蜉敵鋈Q于勵(lì)磁電壓。因此，如果激勵(lì)電壓不穩(wěn)定，結(jié)果會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)并產(chǎn)生不穩(wěn)定的讀數(shù)。
信號(hào)調(diào)理電路應(yīng)該放大應(yīng)變計(jì)信號(hào)，因?yàn)閼?yīng)變計(jì)傳感器的輸出非常小，通常單位為毫伏（mV）/激勵(lì)電壓。信號(hào)調(diào)理電路放大信號(hào)電平以防止噪聲并提高分辨率。
信號(hào)調(diào)理電路應(yīng)提供平衡電橋和參考電阻元件的措施。在沒(méi)有應(yīng)變信號(hào)的情況下，還應(yīng)該偏移輸出值；傳感器通常沒(méi)有應(yīng)變，但電路會(huì)產(chǎn)生非常小的電壓。這個(gè)小電壓會(huì)產(chǎn)生一個(gè)指示錯(cuò)誤值的輸出。
線性可變差分變壓器(LVDT)信號(hào)調(diào)理
線性可變差動(dòng)變壓器(LVDT)測(cè)量線性位移。它的工作原理是一個(gè)變壓器，它有一個(gè)線圈和一個(gè)鐵芯。線圈是固定的，而鐵芯是可動(dòng)的。核心在測(cè)量位置附接到物體。
由于LVDT根據(jù)變壓器的原理工作，因此它涉及正弦信號(hào)。因此，信號(hào)調(diào)理電路應(yīng)該計(jì)算交流（AC）信號(hào)的幅度和相位。幅度計(jì)算位移值和相位以計(jì)算運(yùn)動(dòng)方向。
LVDT激勵(lì)源是初級(jí)線圈的交流信號(hào)。次級(jí)信號(hào)與初級(jí)信號(hào)一起被解調(diào)。解調(diào)或直流(DC)信號(hào)代表發(fā)生的實(shí)際位移。DC極性表示位移方向。
信號(hào)調(diào)理是任何DAQ系統(tǒng)的必要步驟。它為物理變量傳感器提供了一個(gè)接口。不幸的是，隨著電氣特性的變化，物理變量通常是非線性的。這使得它們的檢測(cè)和應(yīng)用對(duì)檢測(cè)和處理具有挑戰(zhàn)性。
信號(hào)調(diào)節(jié)器通過(guò)提供合適的電氣特性來(lái)處理這些物理傳感器，以獲得這些傳感器的最大讀數(shù)。與所有電氣和電子元件一樣，正確選擇它們是必不可少的。
