雖然現(xiàn)在市面上有多種傳感器,但 壓力傳感器最為常見。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電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù),它們由4個采用惠斯頓電橋結(jié)構(gòu)連接的壓敏電阻組成。當(dāng)這些傳感器上沒有壓力時,橋中的所有電阻值都是相等的。當(dāng)有外力施加于電橋時,兩個相向電阻的阻值將增加,而另兩個電阻的阻值將減小,而且增加和減小的阻值彼此相等。
遺憾的是,事情并非如此簡單,因為傳感器存在偏移和增益誤差。偏移誤差是指沒有壓力施加于傳感器時存在輸出;增益誤差指傳感器輸出相對于施加于傳感器外力的敏感程度。典型傳感器一般規(guī)定激勵電壓為5V,具有20mV/V的標(biāo)稱滿刻度輸出。這意味著在激勵電壓為5V時,標(biāo)稱滿刻度輸出為: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)稱滿刻 度的±50%。
假設(shè)兩個電阻串聯(lián)形成電阻串,由于是等值電阻,因此兩電阻間的節(jié)點電壓是電阻串電壓的一半。如果一個電阻值增加1%,另一個電阻減小1%,那么兩個電阻節(jié)點處的電壓將改變1%。如果將兩個電阻串進行并聯(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%,另外兩個電阻增加1%,那么兩個“中”點間的電壓將從零差值變?yōu)楦淖?%。兩個并行分支的這種配置就被稱為惠斯頓橋。
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