電橋式壓力傳感器工作原理分析

電路的功能

應(yīng)變儀、磁性電阻元件、半導(dǎo)體壓力傳感器等以電橋方式工作是很常見(jiàn)的。置方式有平衡驅(qū)動(dòng)和方法又抱括恒壓驅(qū)動(dòng)和恒流驅(qū)動(dòng)。本電路用數(shù)MA的恒定電流使傳感器不平衡置偏，由儀表放大器接收。傳感器采用擴(kuò)散式壓力傳感器P-3000S-102G，壓力范圍為0~1KG/CM2。

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電路工作原理

OP放大器A1為恒流輸出電路，電流大小由基準(zhǔn)電壓VZ和傳感電阻決定，本電路用可變電阻的最大阻，否則OP放大器輸出會(huì)飽和、使工作不穩(wěn)定。電橋電阻為為4.7K±30%，如果有1.5MA的偏流流過(guò)，就會(huì)產(chǎn)生最大為9.165V的等效電壓，A1必須輸出10.425V的電壓，該電壓是傳感電壓與電橋等效電壓相加。調(diào)零方法是使電橋略不平衡，輸出一定的電壓進(jìn)行調(diào)零。如果用下一級(jí)儀表放大器進(jìn)行調(diào)零也行。平衡輸入放大器加了濾除高頻噪聲的緩沖濾波器，時(shí)間常數(shù)根據(jù)最高響應(yīng)頻率確定。

儀表放大器為標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成方式，該電路的增益AV由AV=1+（2R3/RG）決定，傳感器輸出靈敏度為100±30MV/FS，要使輸出端獲得0~+1V的電壓，AV應(yīng)等于7.7~14.3倍。RO的計(jì)算方法根據(jù)上面的公式為RO=2RS/（AV-1），所以RO=1.5~3K，考慮少許余量，在1K上串聯(lián)一個(gè)2K的可變電阻。

調(diào)整

在傳感器不加壓情況下，調(diào)節(jié)VR1使偏流IB為1.5MA。斷開(kāi)傳感器的一端，接上測(cè)量電流用的跨接線(xiàn)，對(duì)電流進(jìn)行測(cè)量。沒(méi)有必須進(jìn)行準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)，可把VR1換成固定電阻。

用VR2調(diào)零，為了使變化范圍不超出要求。R3、R4應(yīng)盡量采用高阻值。最后給傳感施加KG/CM2的壓力，調(diào)整VR3直到輸出端電壓等于1.000V為止。為慎重起見(jiàn)，應(yīng)收集0~1KG/CM2范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，并記錄線(xiàn)性誤差。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)

采用半導(dǎo)體器件的傳感器必定有溫度系數(shù)，如果是P-3000S，用激光來(lái)微調(diào)厚膜電阻使具有較小的溫度系數(shù)。但進(jìn)行高精度測(cè)量時(shí)，必須考慮采用溫度補(bǔ)償電路問(wèn)題，采取簡(jiǎn)單方法可用熱敏電阻與RO串聯(lián)，連升降環(huán)境溫度，邊進(jìn)行調(diào)整。

這里采用了完善的差動(dòng)放大電路，人們往往認(rèn)為電路應(yīng)具有低漂移特性，其實(shí)傳感器輸出為100MV/FS時(shí)，采用普通OP放大器就已是夠了。

元件的選擇

盡管所采用的傳感器在元件表中沒(méi)有列出，但如果是P3000S-102G，根據(jù)漂移等級(jí)，應(yīng)在±0.02/0.04/0.1%FS中挑選。

基準(zhǔn)電壓二極管必須選用1.2V的產(chǎn)品。