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基于惠斯顿电桥的压力传感器方案应用

作者:时间:2012-06-27来源:网络收藏

所有类型的在过去几年中都有了很大发展,而且与之前的产品相比,更加精确也更稳定。有的时候,这些使用起来并不简单。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/160369.htm

面向这些的调节电路设计师,经常发现此类电路的开发多少有些令人头疼。然而,只需少量基础知识并使用新的在线设计工具,这个过程面临的很多挑战都能够迎刃而解。

虽然现在市面上有多种,但传感器最为常见。因此,本文将讨论电桥传感器的基本工作原理,以及用于转换这种桥传感器输出的处理电路,包括偏移和增益校准。

电桥的传感器

许多压力传感器使用微机电系统(MEMS)技术,它们由4个采用惠电桥结构连接的压敏电阻组成。当这些传感器上没有压力时,桥中的所有电阻值都是相等的。当有外力施加于电桥时,两个相向电阻的阻值将增加,而另两个电阻的阻值将减小,而且增加和减小的阻值彼此相等。

遗憾的是,事情并非如此简单,因为传感器存在偏移和增益误差。偏移误差是指没有压力施加于传感器时存在输出;增益误差指传感器输出相对于施加于传感器外力的敏感程度。

典型传感器一般规定激励电压为5V,具有20mV/V的标称满刻度输出。这意味着在激励电压为5V时,标称满刻度输出为:20 mV/V × 5 V = 100 mV.

偏移电压可能是2mV,或满刻度的2%;最小和最大满刻度输出电压可能是50mV和150mV,或标称满刻度的±50%。

假设两个电阻串联形成电阻串,由于是等值电阻,因此两电阻间的节点电压是电阻串电压的一半。如果一个电阻值增加1%,另一个电阻减小1%,那么两个电阻节点处的电压将改变1%。

受激励电压VEX和差分输出电压V驱动的惠斯顿桥。
图1:受激励电压VEX和差分输出电压V驱动的惠斯顿桥。

如果将两个电阻串进行并联,如图1所示,左边下方的电阻和右边上方的电阻阻值均减小1%,另外两个电阻增加1%,那么两个“中”点间的电压将从零差值变为改变2%。两个并行分支的这种配置就被称为惠斯顿桥。

如果不了解偏移以及传感器输出电压和压力之间的真实关系,我们就只能粗略估计施加于传感器上的压力大小。这意味着需要采样校准的方法来获得更好的精度。

幸运的是,给定传感器的偏移和满刻度误差随时间变化相当稳定,因此一旦传感器得到校准,在该传感器生命期内可能无需改变校准系数就能满足精度要求。当然,在每次上电时通常需要再次校准系统。

基本压力传感器调节电路。
图2:基本压力传感器调节电路。


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