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,因為壓力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壓力傳感器時存在輸出;增益誤差指傳感器輸出相對于施加于壓力傳感器外力的敏感程度。典型壓力傳感器一般規(guī)定激勵電壓為5V,具有2mV/V的標稱滿刻度輸出。這意味著在激勵電壓為5V時,標稱滿刻度輸出為:2 mV/V × 5 V = 10 mV,偏移電壓可能是0.1mV,或滿刻度的1%;最小和滿刻度輸出電壓可能是5mV和15mV,或標稱滿刻度的±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),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。
如果不了解偏移以及壓力傳感器輸出電壓和壓力之間的真實關(guān)系,我們就只能粗略估計施加于壓力傳感器上的壓力大小。這意味著需要采樣校準的方法來獲得更好的精度。幸運的是,給定壓力傳感器的偏移和滿刻度誤差隨時間變化相當(dāng)穩(wěn)定,因此一旦壓力傳感器得到校準,在該壓力傳感器生命期內(nèi)可能無需改變校準系數(shù)就能滿足精度要求。當(dāng)然,在每次上電時通常需要再次校準系統(tǒng)。
如果不了解偏移以及壓力傳感器輸出電壓和壓力之間的真實關(guān)系,我們就只能粗略估計施加于壓力傳感器上的壓力大小。這意味著需要采樣校準的方法來獲得更好的精度。幸運的是,給定壓力傳感器的偏移和滿刻度誤差隨時間變化相當(dāng)穩(wěn)定,因此一旦壓力傳感器得到校準,在該壓力傳感器生命期內(nèi)可能無需改變校準系數(shù)就能滿足精度要求。當(dāng)然,在每次上電時通常需要再次校準系統(tǒng)。
基本信號調(diào)節(jié)電路由一個儀表放大器和一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)組成。儀表放大器將來自傳感器的小輸出電壓放大到適合ADC的電平,然后由ADC將放大后的傳感器輸出電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字式,再交給控制器或DSP處理。儀表放大器可以用來避免橋過載,而這種過載會改變傳感器輸出電壓值。
傳感器的滿刻度輸出即輸入,能夠在放大器輸入端看到。當(dāng)傳感器輸出處于滿刻度時,ADC輸入應(yīng)該接近其滿刻度值,這個值通常就是ADC的參考電壓VREF。更多壓力傳感器相關(guān)文章請訪問滄正傳感
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