传感器放大电路:多款压力传感器的简单应用电路图

2021/11/02 17:25 · 传感器知识资讯 ·  · 传感器放大电路:多款压力传感器的简单应用电路图已关闭评论
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传感器放大电路:多款压力传感器的简单应用电路图压力传感器应用电路对压力传感器传感技术有着重要的意义,前者是后者不断更新的根本。本文主要介绍了应变式压力传感器的应用。(1)应变片式压力传感器检测电路应变式压力传感器检测电路及其测压原

传感器放大电路:多款压力传感器的简单应用电路图

  压力传感器应用电路对压力传感器传感技术有着重要的意义,前者是后者不断更新的根本。本文主要介绍了应变式压力传感器的应用。
  (1)应变片式压力传感器检测电路
  应变式压力传感器检测电路及其测压原理传统的应变式压力传感器检测电路如上图所示。图中凡是应变片,贴在受力的弹性体上,R。、Ri和R‘是固定电阻,共同构成检测电路(惠斯登电桥)的四个臂。VCC1为供桥工作电源电压。其工作原理是,当弹性体受到拉力或压力时,贴在其上的工作应变片电阻值改变,因而引起检测桥输出电压变化。通过测量检测桥的输出电压就可知弹性体受力情况如何。

  (2)应变片式压力传感器电桥电压电路
  电桥电压电路图1中若A端加正电压,C端加负电压,则D端可得正输出电压,而B端可得负输出电压。由于输出电压与电桥电压成正比,所以,若增加电桥电压,放大电路本身长的漂移增大,受应变片允许功耗的限制。因此,电桥电压以不超过6V为宜。 电桥平衡电路通常惠斯登电桥中,由于常这个数值有不可避免地会存在偏差,故在没有加压力的状态下就有输出电压存在,通左右。采用上图所示的简单电路,即可进行零位调整,但这样会影响温度特性,所以必须用压力校正装置和恒温槽等以保证正确的特性。

  (3)应变片式压力传感器变换电路
  应变片式压力传感器由于用途和压力量程等的差异,故销售产品有各种各样的结构。例如,隔膜型构造的产品,感受压力的膜片上粘贴应变片,检测压力使阻值发生变化。实际压力传感器是由应变片连成的惠斯登电桥,如图1所示,其中加入了各种补偿电阻。R1-R4是应变片电阻,通常为350调整电桥平衡电阻,它是零位温度特性的补偿电阻,通常小于1。为补偿灵敏度温度特加入的。为调整额定输出的电阻,通常为数K。为输入电阻值调整用压力传感器进行测量和控制压力,电桥的输出电压仅为MV级,难以直接使用,需设计一个信号调理电路对传感器信号进行处理放大。信号处理放大电路如图形控制所示。

  (4) 应变片式压力传感器放大电路
  采用上述输出电压灵敏度为出电压)为:压力传感器,且电桥电压为5V,此时放大电路的输入电压(即电桥输如周围环境温度变化算成漂移为。通过选择时,使输出电压和的变化控制在额定输出以内,则容许放大电路的输入换的失调电压温度系数的一致性,这个数值是比较容易实现的。若输出电压为5V,则增益可600倍。为使输出级和零位调整电路的漂移影响变小,则必须使初级分担的增益增大。上图是应变片式压力传感器放大电路的实例。在检测压力时,因负压为,所以,根据使用目的,也可以使用单一电另外,若在输出级的后面附加电压/电流转换电路,还可以制4-20MA的电流传输型电路。

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传感器放大电路:多款压力传感器的简单应用电路图  第2张

传感器放大电路:陶瓷压力传感器放大电路的设计

最近刚刚做完一个关于气体压力检测的项目,由于本人模拟电路部分比较薄弱,在传感器放大电路的设计过程中遇到了一系列的问题,在解决这些问题的过程中积累了不少经验,在这里顺便做个总结,一来可以在日后供自己查阅和参考,二来希望把我积累的经验分享给广大电子爱好者和电子工程师,希望大家在以后的设计过程中可以少走弯路。

由于我之前没有陶瓷压力传感器的电路设计经验,加之自己也不是什么模拟电路高手,便选择了,先借鉴别人的设计设计方案,我先弄来了一块别人的成品电路,原本准备直接照搬过来的,但仔细一看,板上的芯片全部被磨掉了,因此借鉴的难度加大了不少。但是作为一名工程师肯定不能被这点问题难倒吧!好在,我手上的成品电路板是双面板,可以直接看见板上的所有走线(有些看不清的,可以用万用表的二极管档测量出来)。于是我开始着手先把它的原理图绘制出来(目前只能确定板子上的连线,芯片型号仍然是未知),在几经周折之后,终于把原理图完整的画完了。

首先来了解一下陶瓷压力传感器的工作原理和内部结构,陶瓷压力传感器的膜片受到压力时,电阻发生变化,电阻是在芯片内部的,构成一个惠斯通电桥(如果不知道惠斯通电桥的,百度一下就出来了,比较简单,这里也不做过多的解释),当电阻发生变化之后,电桥输出一个mv级的差分信号,这时,我们通过放大电路,把这个差分的毫伏信号放大到伏级,就可以直接通过AD芯片或者单片机的AD采集了,当然还有一点需要注意的就是传感器的供电方式,一般有两种,一种是电压型的,就是输入恒定电压,另一种是电流型的,需要提供一个恒定的电流。我使用的传感器就是1.5mA电流型的,1.5mA是最大电流,电流型的使用起来稍微麻烦一点,需要设计一个恒流源,但其优点是精度相对较高,受温度影响较小,对于高精度的应用场合,电流型更具有优势。

在搞清楚陶瓷压力传感器的原理和内部结构之后,接下来就需要解决两个问题,一是如何对陶瓷压力传感器输出的毫伏级信号进行放大;二是,1mA的恒流源电路怎么设计。带着这两个问题再来猜测成品电路板中使用的芯片就相对要容易一些,我们首先带着第一个问题,对成品电路板电路进行仔细分析,然后又在网上搜索大量关于“如果对电桥差分信号进行放大”的电路,最后终于确定了用于信号放大的芯片——AD620(关于AD620的详细资料,请大家查看芯片手册),在AD620的芯片手册中,我看到了,芯片官方提供的电桥信号处理电路,如下:

接下来再来看看,开始留下的第二个问题,1mA的恒流源电路怎么设计,下面先来看看一种比较简单的恒流源电流,电流图如下:

我们先来简单分析一下这个电路,SVC是标准参考电压,R5是负载,由于上图使用了集成运放,运放的开环放大倍数足够大,且由负载构成了深度负反馈,在根据运放虚短的特点,所以3脚和2脚的电压相等,SVC是标准电压,根据分压原理,3脚可以得到一个稳定的电压,由于三脚和二脚电压相等,二脚也可以维持一个稳定的电压,2脚的电压除以R3//R4的电阻便可以得到通过R5的电流,由于2脚电压不变,R3//R4也是确定值,所以经过R5的电流也是不变的,因此构成了一个恒流源。

在分析完这个电路之后,再来分析下面这个电路就很简单了,下面这个电路就是成品电路板的,恒流源电路,我们一起来分析一下。

这个电路可以提供1mA的恒定电流,我们再来分析一下。

首先使用LM336-2.5这个稳压管,来产生标准的2.5V电压,2.5V电压输入到运放的3脚,运放的1脚和2脚短接,构成了一个电压跟随器,所以1,2脚输出电压也是2.5V,然后R19和R21对2.5V电压进行一个分压,得到5脚电压0.12V,再根据运放虚短,得到6脚电压也是0.12V,所以流过R22的电流为1mA,又因为流过R22的电流等于三极管Ic+Ib,又因为Ic>>Ib,所以Ic约为1mA,所以OUT_A和OUT_B之间的电流约为1mA。

由于页面空间有限,图片可能不是很清楚,感兴趣的朋友可以通过以下链接下载完整的原理图。

“原理图下载链接:

(由于本人水平有限,文中难免有错误或不妥之处,敬请读者批评指正!转载请注明出处!)

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