申请/专利权人：上海耀华称重系统有限公司

申请日：2019-01-24

公开（公告）日：2020-11-17

公开（公告）号：CN109781058B

主分类号：G01B21/32(20060101)

分类号：G01B21/32(20060101);G01D18/00(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.11.17#授权;2019.06.14#实质审查的生效;2019.05.21#公开

摘要：本发明提供了一种应变传感器模拟器，其特征在于，包括传感器模拟器电路接口1、反接及过压保护电路2、稳压电源电路3、DA电路参考电压分压电阻网络4、参考电压切换电路5、输出分压电阻网络6、输出分压电阻切换电路7、量程选择开关8、PWM细分电路9、AD电路分压电阻网络10、单片机11、DA转换器12、用户程序存储器EEPROM13、温度传感器14、液晶显示器15、通讯接口电路16、操作键盘17。本发明用电子开关替代机械开关，消除了机械开关触点氧化或污染产生的接触电阻的变化，提高了模拟器的长期稳定性。

主权项：1.一种应变传感器模拟器，其特征在于，包括传感器模拟器电路接口1、反接及过压保护电路2、稳压电源电路3、DA电路参考电压分压电阻网络4、参考电压切换电路5、输出分压电阻网络6、输出分压电阻切换电路7、量程选择开关8、PWM细分电路9、AD电路分压电阻网络10、单片机11、DA转换器12、用户程序存储器EEPROM13、液晶显示器15、通讯接口电路16、操作键盘17；所述传感器模拟器电路接口1与被测仪表相连，被测仪表输入的传感器激励电压通过传感器模拟器电路接口1分别连接反接及过压保护电路2、AD电路分压电阻网络10、DA电路参考电压分压电阻网络4的输入端，反接及过压保护电路2的输出端连接稳压电源电路3的输入端，稳压电源电路3提供电源；AD电路分压电阻网络10的输出端连接单片机11的ADC电路引脚，用于测量被测仪表输出的传感器激励电压值；DA电路参考电压分压电阻网络4的分压比通过参考电压切换电路5选择，DA电路参考电压分压电阻网络4的输出端分别连接DA转换器12、PWM细分电路9的输入端，DA转换器12、PWM细分电路9的输出端分别连接输出分压电阻网络6的输入端，所述DA转换器12、PWM细分电路9连接单片机11，DA转换器12按单片机11的指令输出与参考电压成正比的电压值到输出分压电阻网络6，输出分压电阻网络6的分压比通过输出分压电阻切换电路7控制，输出分压电阻网络6分压后输出的电压与单片机11控制PWM细分电路9输出的电压叠加后输出到传感器模拟器电路接口1形成传感器的输出电压信号送到被测仪表的信号输入端；所述参考电压切换电路5、输出分压电阻切换电路7分别连接量程选择开关8，均由量程选择开关8控制，量程选择开关8连接单片机11将自身状态输入到单片机11；所述单片机11分别连接用户程序存储器EEPROM13、液晶显示器15、通讯接口电路16、操作键盘17；用户程序存储器EEPROM13能够保存用户编程程序，液晶显示器15能够显示模拟器工作状态，通讯接口电路16能够输入用户程序和传感器模拟器控制指令，用户通过操作键盘17操作传感器模拟器工作。

全文数据：应变传感器模拟器技术领域本发明涉及电路设计领域，具体地涉及应变传感器模拟器。背景技术本发明专利是在专利“高准确度应变传感器模拟器ZL03245772.3”基础上的进一步发展。模拟器要适应各种不同的与传感器连接使用的测量仪表，这些仪表供给传感器的激励电压也各不相同。当输入模拟器的传感器激励电压变化范围过大的时候，DAC的参考电压会超出容许的范围，这时需要用开关电路切换不同的分压网络，使DAC的参考电压保持在合适的范围之内，同时用开关切换不同的输出分压电路，使输出电压与激励电压的比值即传感器的输出值保持不变。传统的做法是用有触点的开关切换不同的分压网络。当切换开关触点氧化或污染后接触电阻就会不稳定，使电阻网络分压比变化，模拟器的输出信号就会产生误差。发明内容针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种应变传感器模拟器。根据本发明提供的一种应变传感器模拟器，包括传感器模拟器电路接口、反接及过压保护电路、稳压电源电路、DA电路参考电压分压电阻网络、参考电压切换电路、输出分压电阻网络、输出分压电阻切换电路、量程选择开关、PWM细分电路、AD电路分压电阻网络、单片机、DA转换器、用户程序存储器EEPROM、液晶显示器、通讯接口电路、操作键盘；所述传感器模拟器电路接口与被测仪表相连，被测仪表输入的传感器激励电压通过传感器模拟器电路接口分别连接反接及过压保护电路、AD电路分压电阻网络、DA电路参考电压分压电阻网络的输入端，反接及过压保护电路的输出端连接稳压电源电路的输入端，稳压电源电路3提供电源；AD电路分压电阻网络的输出端连接单片机的ADC电路引脚，用于测量被测仪表输出的传感器激励电压值；DA电路参考电压分压电阻网络的分压比通过参考电压切换电路选择，DA电路参考电压分压电阻网络的输出端分别连接DA转换器、PWM细分电路的输入端，DA转换器、PWM细分电路的输出端分别连接输出分压电阻网络的输入端，所述DA转换器、PWM细分电路连接单片机，DA转换器按单片机的指令输出与参考电压成正比的电压值到输出分压电阻网络，输出分压电阻网络的分压比通过输出分压电阻切换电路控制，输出分压电阻网络分压后输出的电压与单片机控制PWM细分电路输出的电压叠加后输出到传感器模拟器电路接口形成传感器的输出电压信号送到被测仪表的信号输入端；所述参考电压切换电路、输出分压电阻切换电路分别连接量程选择开关，均由量程选择开关控制，量程选择开关连接单片机将自身状态输入到单片机；所述单片机分别连接用户程序存储器EEPROM、液晶显示器、通讯接口电路、操作键盘；用户程序存储器EEPROM能够保存用户编程程序，液晶显示器能够显示模拟器工作状态，通讯接口电路能够输入用户程序和传感器模拟器控制指令，用户通过操作键盘操作传感器模拟器工作。优选地，还包括温度传感器，所述温度传感器连接单片机，单片机对温度传感器测量得到的电路板温度进行补偿后输出。优选地，所述PWM细分电路的最大输出电压为DA转换器的最小分辨电压。优选地，所述传感器模拟器电路接口1包括接插件J1、滤波器C1、滤波器C2、滤波器C3、滤波器C4，所述反接及过压保护电路包括自恢复保险丝F1、TVS管D1，所述稳压电源电路包括稳压器U1、电阻R16、电阻R18、电容C7、电容C8，所述DA电路参考电压分压电阻网络包括精密电阻网络RM1，所述参考电压切换电路包括MOSFET管Q2，所述输出分压电阻网络包括精密电阻R3、精密电阻R10、精密电阻网络RM2、精密电阻网络RM3，所述输出分压电阻切换电路包括MOSFET管Q3、MOSFET管Q4、电阻R34、电阻R35、稳压二极管D8，所述量程选择开关包括K1A、K1B，所述PWM细分电路包括MOSFET管Q1、电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R8、电容C17，所述AD电路分压电阻网络包括电阻R12、电阻R13。优选地，所述MOSFET管Q1、MOSFET管Q2、MOSFET管Q3、MOSFET管Q4采用AO3400，DA转换器采用AD5060，单片机采用PIC18F1320，温度传感器采用TC77，用户程序存储器EEPROM采用24C512，稳压器U1采用TPS71501。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：1、本发明用电子开关替代机械开关，消除了机械开关触点氧化或污染产生的接触电阻的变化，提高了模拟器的长期稳定性。2、本发明用稳压管保证MOSFET管场效应管有足够的开启电压且不会超过MOSFET管的允许的栅源电压限值。3、本发明分压电路中用一个固定的电阻和该固定电阻与另一个可断开的电阻并联两个状态间的切换，代替在两个电阻之间的切换，减小了MOSFET管导通电阻变化产生的影响。4、本发明用DAC电路与PWM电路组合以提高DAC电路的分辨率，提高了模拟器的性能。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本发明的原理框图。图2为本发明的电原理图。图中示出：具体实施方式下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。本发明涉及一种模拟应变传感器输出规定的标准信号，用来检测或校准仪表和控制系统的一种设备。应变传感器的输出信号是与传感器的输入量和传感器的激励电压的乘积成正比的。根据本发明提供的一种应变传感器模拟器，如图1所示，包括传感器模拟器电路接口1、反接及过压保护电路2、稳压电源电路3、DA电路参考电压分压电阻网络4、参考电压切换电路5、输出分压电阻网络6、输出分压电阻切换电路7、量程选择开关8、PWM细分电路9、AD电路分压电阻网络10、单片机11、DA转换器12、用户程序存储器EEPROM13、液晶显示器15、通讯接口电路16、操作键盘17；所述传感器模拟器电路接口1与被测仪表相连，被测仪表输入的传感器激励电压通过传感器模拟器电路接口1分别连接反接及过压保护电路2、AD电路分压电阻网络10、DA电路参考电压分压电阻网络4的输入端，反接及过压保护电路2的输出端连接稳压电源电路3的输入端，稳压电源电路3提供电源；AD电路分压电阻网络10的输出端连接单片机11的ADC电路引脚，用于测量被测仪表输出的传感器激励电压值；DA电路参考电压分压电阻网络4的分压比通过参考电压切换电路5选择，DA电路参考电压分压电阻网络4的输出端分别连接DA转换器12、PWM细分电路9的输入端，DA转换器12、PWM细分电路9的输出端分别连接输出分压电阻网络6的输入端，所述DA转换器12、PWM细分电路9连接单片机11，DA转换器12按单片机11的指令输出与参考电压成正比的电压值到输出分压电阻网络6，输出分压电阻网络6的分压比通过输出分压电阻切换电路7控制，输出分压电阻网络6分压后输出的电压与单片机11控制PWM细分电路9输出的电压叠加后输出到传感器模拟器电路接口1形成传感器的输出电压信号送到被测仪表的信号输入端；所述参考电压切换电路5、输出分压电阻切换电路7分别连接量程选择开关8，均由量程选择开关8控制，量程选择开关8连接单片机11将自身状态输入到单片机11；所述单片机11分别连接用户程序存储器EEPROM13、液晶显示器15、通讯接口电路16、操作键盘17；用户程序存储器EEPROM13能够保存用户编程程序，液晶显示器15能够显示模拟器工作状态，通讯接口电路16能够输入用户程序和传感器模拟器控制指令，用户通过操作键盘17操作传感器模拟器工作。还包括温度传感器14，所述温度传感器14连接单片机11，单片机11对温度传感器14测量得到的电路板温度进行补偿后输出。所述PWM细分电路9的最大输出电压为DA转换器12的最小分辨电压。因此DA转换器12与PWM细分电路9的组合提高了模拟器的分辨率。利用十六位的DA器件和四位的PWM电路组合工作能够达到二十位的分辨率。如图2所示，所述传感器模拟器电路接口1包括接插件J1、滤波器C1、滤波器C2、滤波器C3、滤波器C4，所述反接及过压保护电路2包括自恢复保险丝F1、TVS管D1，所述稳压电源电路3包括稳压器U1、电阻R16、电阻R18、电容C7、电容C8，所述DA电路参考电压分压电阻网络4包括精密电阻网络RM1，所述参考电压切换电路5包括MOSFET管Q2，所述输出分压电阻网络6包括精密电阻R3、精密电阻R10、精密电阻网络RM2、精密电阻网络RM3，所述输出分压电阻切换电路7包括MOSFET管Q3、MOSFET管Q4、电阻R34、电阻R35、稳压二极管D8，所述量程选择开关8包括K1A、K1B，所述PWM细分电路9包括MOSFET管Q1、电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R8、电容C17，所述AD电路分压电阻网络10包括电阻R12、电阻R13。量程选择开关8为K1A、K1B，当开关在5-10V档时Q2、Q3、Q4的栅源均短接，Q2、Q3、Q4均截止；当开关在10-20V档时，Q2、Q3、Q4均导通，DA电路参考电压分压电阻网络4中的精密电阻网络RM1的2-3脚电阻和2-4脚电阻并联，输出分压电阻网络6中的精密电阻网络RM2中的1-3脚电阻和1-4脚电阻并联，输出分压电阻网络6中的精密电阻网络RM3中的1-3脚电阻和1-4脚电阻并联，由此改变了DA电路参考电压分压电阻网络4和输出分压电阻网络6的分压比。单片机11为U5、DA转换器12为U4、用户程序存储器EEPROM13为U3、温度传感器14为U2。所述MOSFET管Q1、MOSFET管Q2、MOSFET管Q3、MOSFET管Q4采用AO3400，DA转换器12采用AD5060，单片机11采用PIC18F1320，温度传感器14采用TC77，用户程序存储器EEPROM13采用24C512，稳压器U1采用TPS71501。优选地，传感器模拟器电路接口1与各种应变传感器的接线方式类似，其输入的传感器激励电压经反接及过压保护电路2到稳压电源电路3供给各用电部件，经AD电路分压电阻网络10到单片机11的ADC电路引脚，用于测量接口输入的激励电压值；经DA电路参考电压分压电阻网络4分压后送到DA转换器12的参考电压输入引脚及PWM细分电路9。DA电路参考电压分压电阻网络4由参考电压切换电路5选择分压比，使DA转换器12的参考电压保持在合适的范围之内。DA转换器12按单片机11的指令输出给定的比例与参考电压成正比的电压值，该电压送入输出分压电阻网络6，输出分压电阻网络6由输出分压电阻切换电路7控制分压比，其分压后的输出电压与单片机11控制的PWM细分电路9的输出电压值叠加后输出到传感器模拟器电路接口1，形成传感器的输出电压信号。参考电压切换电路5和输出分压电阻切换电路7均受量程选择开关8的控制，同时量程控制开关8的状态也输入到单片机11。以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

权利要求：1.一种应变传感器模拟器，其特征在于，包括传感器模拟器电路接口1、反接及过压保护电路2、稳压电源电路3、DA电路参考电压分压电阻网络4、参考电压切换电路5、输出分压电阻网络6、输出分压电阻切换电路7、量程选择开关8、PWM细分电路9、AD电路分压电阻网络10、单片机11、DA转换器12、用户程序存储器EEPROM13、液晶显示器15、通讯接口电路16、操作键盘17；所述传感器模拟器电路接口1与被测仪表相连，被测仪表输入的传感器激励电压通过传感器模拟器电路接口1分别连接反接及过压保护电路2、AD电路分压电阻网络10、DA电路参考电压分压电阻网络4的输入端，反接及过压保护电路2的输出端连接稳压电源电路3的输入端，稳压电源电路3提供电源；AD电路分压电阻网络10的输出端连接单片机11的ADC电路引脚，用于测量被测仪表输出的传感器激励电压值；DA电路参考电压分压电阻网络4的分压比通过参考电压切换电路5选择，DA电路参考电压分压电阻网络4的输出端分别连接DA转换器12、PWM细分电路9的输入端，DA转换器12、PWM细分电路9的输出端分别连接输出分压电阻网络6的输入端，所述DA转换器12、PWM细分电路9连接单片机11，DA转换器12按单片机11的指令输出与参考电压成正比的电压值到输出分压电阻网络6，输出分压电阻网络6的分压比通过输出分压电阻切换电路7控制，输出分压电阻网络6分压后输出的电压与单片机11控制PWM细分电路9输出的电压叠加后输出到传感器模拟器电路接口1形成传感器的输出电压信号送到被测仪表的信号输入端；所述参考电压切换电路5、输出分压电阻切换电路7分别连接量程选择开关8，均由量程选择开关8控制，量程选择开关8连接单片机11将自身状态输入到单片机11；所述单片机11分别连接用户程序存储器EEPROM13、液晶显示器15、通讯接口电路16、操作键盘17；用户程序存储器EEPROM13能够保存用户编程程序，液晶显示器15能够显示模拟器工作状态，通讯接口电路16能够输入用户程序和传感器模拟器控制指令，用户通过操作键盘17操作传感器模拟器工作。2.根据权利要求1所述的应变传感器模拟器，其特征在于，还包括温度传感器14，所述温度传感器14连接单片机11，单片机11对温度传感器14测量得到的电路板温度进行补偿后输出。3.根据权利要求1所述的应变传感器模拟器，其特征在于，所述PWM细分电路9的最大输出电压为DA转换器12的最小分辨电压。4.根据权利要求1所述的应变传感器模拟器，其特征在于，所述传感器模拟器电路接口1包括接插件J1、滤波器C1、滤波器C2、滤波器C3、滤波器C4，所述反接及过压保护电路2包括自恢复保险丝F1、TVS管D1，所述稳压电源电路3包括稳压器U1、电阻R16、电阻R18、电容C7、电容C8，所述DA电路参考电压分压电阻网络4包括精密电阻网络RM1，所述参考电压切换电路5包括MOSFET管Q2，所述输出分压电阻网络6包括精密电阻R3、精密电阻R10、精密电阻网络RM2、精密电阻网络RM3，所述输出分压电阻切换电路7包括MOSFET管Q3、MOSFET管Q4、电阻R34、电阻R35、稳压二极管D8，所述量程选择开关8包括K1A、K1B，所述PWM细分电路9包括MOSFET管Q1、电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R8、电容C17，所述AD电路分压电阻网络10包括电阻R12、电阻R13。5.根据权利要求2或4所述的应变传感器模拟器，其特征在于，所述MOSFET管Q1、MOSFET管Q2、MOSFET管Q3、MOSFET管Q4采用AO3400，DA转换器12采用AD5060，单片机11采用PIC18F1320，温度传感器14采用TC77，用户程序存储器EEPROM13采用24C512，稳压器U1采用TPS71501。

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