雖然現(xiàn)在市面上有多種傳感器,但 壓力傳感器最為常見(jiàn)。因此,本文將討論基于惠斯頓電橋壓力傳感器的基本工作原理,以及用于轉(zhuǎn)換這種橋傳感器輸出的處理電路,包括偏移和增益校準(zhǔn)。
基于惠斯頓電橋的壓力傳感器
許多壓力傳感器使用微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù),它們由4個(gè)采用惠斯頓電橋結(jié)構(gòu)連接的壓敏電阻組成。當(dāng)這些傳感器上沒(méi)有壓力時(shí),橋中的所有電阻值都是相等的。當(dāng)有外力施加于電橋時(shí),兩個(gè)相向電阻的阻值將增加,而另兩個(gè)電阻的阻值將減小,而且增加和減小的阻值彼此相等。
遺憾的是,事情并非如此簡(jiǎn)單,因?yàn)閭鞲衅鞔嬖谄坪驮鲆嬲`差。偏移誤差是指沒(méi)有壓力施加于傳感器時(shí)存在輸出;增益誤差指?jìng)鞲衅鬏敵鱿鄬?duì)于施加于傳感器外力的敏感程度。典型傳感器一般規(guī)定激勵(lì)電壓為5V,具有20mV/V的標(biāo)稱(chēng)滿刻度輸出。這意味著在激勵(lì)電壓為5V時(shí),標(biāo)稱(chēng)滿刻度輸出為:20 mV/V × 5 V = 100 mV.
偏移電壓可能是2mV,或滿刻度的2%;最小和最大滿刻度輸出電壓可能是50mV和150mV,或標(biāo)稱(chēng)滿刻 度的±50%。
假設(shè)兩個(gè)電阻串聯(lián)形成電阻串,由于是等值電阻,因此兩電阻間的節(jié)點(diǎn)電壓是電阻串電壓的一半。如果一個(gè)電阻值增加1%,另一個(gè)電阻減小1%,那么兩個(gè)電阻節(jié)點(diǎn)處的電壓將改變1%。如果將兩個(gè)電阻串進(jìn)行并聯(lián),如圖1所示,左邊下方的電阻和右邊上方的電阻阻值均減小1%,另外兩個(gè)電阻增加1%,那么兩個(gè)“中”點(diǎn)間的電壓將從零差值變?yōu)楦淖?%。兩個(gè)并行分支的這種配置就被稱(chēng)為惠斯頓橋。
|