电阻传感器共模电压稳零电路及电阻式变送器

技术领域

本发明涉及工业自动化领域，特别是涉及一种电阻传感器共模电压稳零电路及电阻式变送器。

背景技术

在工业自动化的两线制仪器仪表中，电位器式电阻变送器的结构如图1所示，其包括电位器式电阻传感器RS、差分放大器及模数转换器(AD转换器)，电位器式电阻传感器RS的第一固定端接恒流源，电位器式电阻传感器RS的第二固定端接地，电位器式电阻传感器RS的滑动端接差分放大器的输入端IN+，电位器式电阻传感器RS的第二固定端接差分放大器的输入端IN-，电位器式电阻传感器RS的输出端接模数转换器的输入端；电位器式电阻传感器RS由恒流源驱动，其输出端产生差分电压至差分放大器，差分放大器的输出电压Vo与接入差分放大器的阻值成正比。

其中，由于恒流源的电流太小时精度不容易保证，其提供的电流一般不会小于100微安，当电位器式电阻传感器RS的最大阻值较大时，输入至差分放大器的共模电压较大，比如当恒流源为100uA、电位器式电阻传感器RS的最大阻值为20kΩ时，差分放大器两输入端输入的差分电压V＝100*10

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电阻传感器共模电压的稳零技术方案，用于解决上述技术问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种电阻传感器共模电压稳零电路，对电位器式电阻传感器输出的共模电压进行稳零，包括：加法器和压控电阻电路；

所述电位器式电阻传感器的第一固定端接恒流源，所述加法器的同相输入端分别接所述电位器式电阻传感器的滑动端和第二固定端，所述加法器的反相输入端接地，所述加法器的输出端接所述压控电阻电路的控制端；

所述压控电阻电路的输入端接所述电位器式电阻传感器的第二固定端，所述压控电阻电路的输出端接负电源。

可选地，所述电位器式电阻传感器包括线性电位器式电阻传感器。

可选地，所述电阻传感器共模电压稳零电路还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻及第四电阻，所述加法器的输出端经依次串联的所述第一电阻与所述第二电阻后接地，所述加法器的反相输入端接所述第一电阻和所述第二电阻的公共端，所述电位器式电阻传感器的滑动端经所述第三电阻后接入所述加法器的同相输入端，所述电位器式电阻传感器的第二固定端经所述第四电阻后接入所述加法器的同相输入端。

可选地，所述第三电阻的阻值等于所述第四电阻的阻值。

可选地，所述加法器包括双电源加法器，所述双电源加法器的正电源引脚接正电源，所述双电源加法器的负电源引脚接所述负电源。

可选地，所述压控电阻电路包括运算放大器、二极管、N沟道结型场效应管、第五电阻及第六电阻；

所述运算放大器的同相输入端接所述加法器的输出端，所述运算放大器的反相输入端接地，所述运算放大器的输出端接所述二极管的负极，所述二极管的正极接所述N沟道结型场效应管的栅极，所述二极管的正极经所述第五电阻接所述负电源；

所述N沟道结型场效应管的漏极接所述电位器式电阻传感器的第二固定端，所述N沟道结型场效应管的源极经所述第六电阻接所述负电源。

可选地，所述二极管包括肖特基二极管。

此外，为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种电阻式变送器，包括上述任意一项所述的电阻传感器共模电压稳零电路，所述电阻式变送器还包括所述电位器式电阻传感器、差分放大器及模数转换器，所述电位器式电阻传感器的第一固定端接恒流源，所述电位器式电阻传感器的滑动端与第二固定端分别接所述差分放大器的两个输入端，所述差分放大器的输出端接所述模数转换器的输入端。

可选地，所述差分放大器包括LMH6550、CLC5526中的至少一种。

可选地，所述模数转换器包括AD7811YRUZ、ADC12DL065中的至少一种。

如上所述，本发明的电阻传感器共模电压稳零电路，具有以下有益效果：。

在常规电位器式电阻传感器的结构基础上引入加法器和压控电阻电路，将电位器式电阻传感器输出的共模电压经加法器运算处理之后加载到压控电阻电路的控制端，同时，恒流源电流流过电位器式电阻传感器、压控电阻电路后最终流入负电源，形成了闭环控制回路；当环路稳定后，加法器的输出电压为0V，即电位器式电阻传感器输出端两个端子的电压之和为0V，也就是共模电压为0V，而差分电压不变，起到共模稳零作用，能有效解决后续差分放大器出现饱和并失去共模抑制能力的问题。

附图说明

图1显示为电位器式电阻变送器的电路框图。

图2显示为本发明实施例中电阻式变送器的电路框图。

图3显示为本发明实施例中电阻式变送器的电路图。

附图标记说明

R1 第一电阻

R2 第二电阻

R3 第三电阻

R4 第四电阻

R5 第五电阻

R6 第六电阻

RS 电位器式电阻传感器

Q1 N沟道结型场效应管

U1 加法器

U2 运算放大器

D1 二极管

DVCC 正电源

-VCC 电源

Vo 差分放大器的输出电压

IN+、iN- 差分放大器的输入端

具体实施方式

如前述在背景技术中所提及的，在如图1所示的电位器式电阻变送器中，当电位器式电阻传感器RS的最大阻值较大时，输入至差分放大器的共模电压较大，差分放大器可能会出现饱和并失去共模抑制能力。

基于此，本发明提出一种电阻传感器的共模电压稳零技术方案，对受恒流源驱动的电位器式电阻传感器(电位器式电阻传感器的第一固定端接恒流源)输出的共模电压进行稳零，对应的稳零电路包括加法器和压控电阻电路，将电位器式电阻传感器输出的共模电压加载到加法器的输入端，加法器的输出端接压控电阻电路的控制端，且压控电阻电路的输入端接电位器式电阻传感器的第二固定端、输出端接负电源。

由此可见，该稳零电路形成了一个闭环回路，电位器式电阻传感器RS输出的共模电压经加法器运算处理之后加载到压控电阻电路的控制端，对压控电阻电路的通断状态进行调节同时调节压控电阻电路接入电路的电阻大小，进而对电位器式电阻传感器RS上各处的电位进行调节，恒流源电流依次流过电位器式电阻传感器RS、压控电阻电路后最终流入负电源，所以电位器式电阻传感器RS上各处的电位减小，在电位器式电阻传感器RS输出电压的差分电压不变的前提下减小了共模电压，最终当环路稳定后，加法器的输出电压为0V，即电位器式电阻传感器RS输出电压的共模电压为0V，起到共模稳零作用。

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图2至图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

如图2及图3所示，本发明提供一种电阻传感器共模电压稳零电路，对电位器式电阻传感器输出的共模电压进行稳零，其包括：加法器U1和压控电阻电路；

电位器式电阻传感器RS的第一固定端接恒流源，加法器U1的同相输入端分别接电位器式电阻传感器RS的滑动端和第二固定端，加法器U1的反相输入端接地(图2中未示出)，加法器U1的输出端接压控电阻电路的控制端；

压控电阻电路的输入端接电位器式电阻传感器RS的第二固定端，压控电阻电路的输出端接负电源-VCC。

可选地，电位器式电阻传感器RS包括线性电位器式电阻传感器。

详细地，如图3所示，所述电阻传感器共模电压稳零电路还包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3及第四电阻R4，加法器U1的输出端经依次串联的第一电阻R1与第二电阻R2后接地，加法器U1的反相输入端接第一电阻R1和第二电阻R2的公共端，电位器式电阻传感器RS的滑动端经第三电阻R3后接入加法器U1的同相输入端，电位器式电阻传感器RS的第二固定端经第四电阻R4后接入加法器U1的同相输入端。

其中，第三电阻R3的阻值等于第四电阻R4的阻值。

可选地，如图3所示，加法器U1包括双电源加法器，所述双电源加法器的正电源引脚接正电源DVCC，所述双电源加法器的负电源引脚接负电源-VCC。

可选地，如图3所示，压控电阻电路包括运算放大器U2、二极管D1、N沟道结型场效应管Q1、第五电阻R5及第六电阻R6；

运算放大器U2的同相输入端接加法器U1的输出端，运算放大器U2的反相输入端接地，运算放大器U2的输出端接二极管D1的负极，二极管D1的正极接N沟道结型场效应管Q1的栅极，同时，二极管D1的正极经第五电阻R5接负电源-VCC；

N沟道结型场效应管Q1的漏极接电位器式电阻传感器RS的第二固定端，N沟道结型场效应管Q1的源极经第六电阻R6接负电源-VCC。

其中，当N沟道结型场效应管Q1的栅源电压Vgs在一定范围内时，其漏源间可等效为一受栅极电压控制的电阻。

可选地，运算放大器U2包括TLV2252、TLV2254中的至少一种。TLV2252和TLV2254是德州仪器(TI)的双路和四路低压运算放大器，这两款器件均具有轨到轨输出性能，可在单电源或分离电源应用中提高动态范围。

可选地，二极管D1包括肖特基二极管，如TOSHIBA的1N5819。

如图3所示，所述电阻传感器共模电压稳零电路采用双电源(恒流源与负电源-VCC)，恒流源电流流过电位器式电阻传感器RS、压控电阻电路后最终流入负电源-VCC，加法器U1的同相输入端分别接电位器式电阻传感器RS的输出端的两个端子(即滑动端和第二固定端)，加法器U1的输出控制压控电阻电路，形成了闭环控制回路：当加法器U1的输出电压大于0V时，运算放大器U2的输出增加，二极管D1截止，N沟道结型场效应管Q1导通且其电阻较小，使得电位器式电阻传感器RS输出电压的共模电压降低；最终当环路稳定后，加法器U1的输出电压为0V，即电位器式电阻传感器RS输出端两个端子的电压之和为0V，也就是共模电压为0V，而差分电压不变，起到共模稳零作用。

此外，如图2及图3所示，本发明还提供一种电阻式变送器，包括上述电阻传感器共模电压稳零电路，还包括电位器式电阻传感器RS、差分放大器及模数转换器，电位器式电阻传感器RS的第一固定端接恒流源，电位器式电阻传感器RS的滑动端与第二固定端分别接差分放大器的两个输入端IN+、IN-，差分放大器的输出端接模数转换器的输入端。

可选地，差分放大器可采用高性能、低失真、低功耗的专用集成芯片，如其可包括德州仪器(TI)的LMH6550、CLC5526中的至少一种。

可选地，模数转换器同样地可采用专用芯片，如其可包括亚德诺(AD)的AD7811YRUZ、德州仪器(TI)的ADC12DL065中的至少一种。

综上所述，本发明所提供的电阻传感器共模电压稳零电路及电阻式变送器，在常规电位器式电阻传感器的结构基础上引入加法器和压控电阻电路，将电位器式电阻传感器输出的共模电压经加法器运算处理之后加载到压控电阻电路的控制端，同时，恒流源电流流过电位器式电阻传感器、压控电阻电路后最终流入负电源，形成了闭环控制回路；当环路稳定后，加法器的输出电压为0V，即电位器式电阻传感器输出端两个端子的电压之和为0V，也就是共模电压为0V，而差分电压不变，起到共模稳零作用，能有效解决后续差分放大器出现饱和并失去共模抑制能力的问题。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。