一种实用的压力传感器测量电路阿

一种实用的压力传感器测量电路
苏州工艺美术职业技术学院（江苏苏州215000）施教芳
徐州师范大学工学院电气系（江苏徐州221001）陈传虎
苏州科技学院电子系（江苏苏州215000）王俭
采用电桥构成测量差压的传感器电路，是一种具有较高灵敏度的测量方法。

扩散硅变送器主要就是电阻有源惠斯登全电桥压力测量电路。

它能在达到较高精度和稳定性的前提下，使变送器具有较强的实用性，如零点/量程的调整和迁移方便快速。

但是，一些文献[1，2]对扩散硅电桥传感器的介绍过于简单，仅限于定性分析。

本文将定量分析扩散硅传感器测量电路中采用的零点/量程调整、输出信号的反馈稳定等技术措施。

1 传感器电桥工作原理
传感器测量电路如图1所示。

无差压时，电桥两臂电流相等。

差压信号加到四个硅压敏电阻上，压敏电阻的阻值随差压而变化，引起电桥不平衡。

电桥输出电压馈入放大器A1。

A1的输出电压通过晶体管Q8改变输出电流I0的大小。

I0流过电桥的电阻反馈网络，使电桥恢复平衡。

这样，电桥输出电压的变化与差压变化成对应比例关系。

从而将差压的变化直接转换成电信号。

2 定量分析和计算
2．1 测量电路和量程调整
图2是包括零点及量程调整电路、反馈电阻网络和差压传感电桥的测量电路。

恒流源I0表示输出电流。

四个桥臂电阻是R1S、R3S、R4S和R6S。

当被测的正压力增加时，R1S和R6S阻值减小，R3S和R4S阻值增加，电桥的输出信号VBr负向增加。

这个VBr对应于被测压力变化值的电压偏差信号。

经过测量电路中负反馈电阻网络的作用，VBr信号将保持非常接近于零。

基本反馈电压公式是
Vfb=V1-V2=IO1[aR2+R1]
对应于传感器的量程上限压力，压敏电阻和电桥给出最大变化和最大不平衡。

此时，为了保持VBr
接近于零，需要最大的反馈电压值。

当式（1）中a=1，IO2=0时，Vfb值最大，传感器得到最大的测量范围。

量程粗调螺钉处于A位而R2滑动头处于最下部时，就满足以上要求。

而当a=0，IO2最大时，测量范围最窄，这种情况是三颗粗调螺钉同时处于B、C、D位置，而R2滑动头又处于最上部。

通过R2滑动头和粗调螺钉其他位置的组合，可获得中间的测量范围。

R2有充分的调节范围，以便在由量程调整粗调螺钉对应不同的粗调范围之间提供重叠。

电桥输出处得到反馈电压Vfb的分量为
2．2 零点调整和迁移电路
图3是基本电桥电路加上迁移±100%的电路。

电桥两侧中间各插入一个1000Ω的电阻串。

这串电阻有六个电压输出点以提供所需的零点调节范围。

即：
VBr=Vpress.signal-Vfb+Vsp (2)
由于Vfb近似等于零，于是有
式中，a由调零电位器R11上滑动触点的位置决定。

从公式（4）可以看到，调零电位器和螺钉的不同位置对应于不同的Vsp，这就是输出零点能够被调整的原因。

调零电位器处于上端时，a=1，Vsp 最大。

螺钉提供零位粗调，调零电位器提供零位细调。