壓力傳感器及其應(yīng)用電路

1、肀壓力傳感器及其應(yīng)用電路蚈袈薅摘要：目前在工業(yè)生產(chǎn)中用得最廣的壓力傳感器是硅壓阻式壓力傳感器，它通過感觸壓力的蚃 變化來改變其中的應(yīng)變元件的電阻，從而輸出相應(yīng)的電壓變化，實(shí)現(xiàn)將壓力參數(shù)轉(zhuǎn)變蒈 成電信號(hào)參數(shù)。本文探討了MPX2000系列壓力傳感器的應(yīng)用電路以及MC33079型號(hào)運(yùn)蚅 算放大器在其中的應(yīng)用的相關(guān)知識(shí)。蚃關(guān)鍵詞：壓力傳感器；MPX2000；MC33079膃腿引言蚇在工業(yè)測量中，壓力的測量極為廣泛，利用壓力測量可以直接或間接測得很多物理參數(shù)，例如大型儲(chǔ)液罐的液位、儲(chǔ)氣罐的壓力、海洋的水深、山的高度，醫(yī)療方面可以測量血壓、呼吸壓等，航空方面測量飛機(jī)的飛行高度、飛行速度、升降速度以及氣體管

2、道流量等。但目前在實(shí)際中用得最多的是由膜片、波紋管、彈簧管和機(jī)械式傳動(dòng)、放大機(jī)構(gòu)組成的指針式壓力表。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)成本低，但測量精度低，如果要對壓力參數(shù)進(jìn)行遙測、記錄或集中觀察（監(jiān)控）、自動(dòng)調(diào)節(jié)或控制，則需要用到壓力傳感器，通過壓力傳感器將壓力參數(shù)變成電信號(hào)輸出。肅一、硅壓阻式壓力傳感器薂壓阻式壓力傳感器是利用單晶硅的壓阻效應(yīng)制成的器件，也就是在單晶硅的基片或硅杯上用擴(kuò)散工藝、離子注入工藝或?yàn)R射工藝制成一定形狀的應(yīng)變元件，當(dāng)壓力傳感器受到壓力時(shí)，傳感器中的應(yīng)變元件的電阻發(fā)生變化，從而輸出相應(yīng)的電壓變化。很多壓阻式壓力傳感器是在硅膜片上制作四個(gè)等值電阻的應(yīng)變元件，形成電橋。當(dāng)受到壓力作

3、用時(shí)，一對橋臂電阻變大R，而另一對橋臂電阻變小R，電橋失去平衡，這時(shí)便有一個(gè)與壓力成正比的電壓uo輸出，其工作原理如圖(a)所示。罿二、壓力傳感器的應(yīng)用電路螈典型的壓力傳感器應(yīng)用電路如圖(b)所示。它是一種適合于MPX2000系列的通用放大電路。MPX2000系列壓力傳感器是一種帶有溫度補(bǔ)償?shù)膲鹤枋綁毫鞲衅?，其?nèi)部有溫度補(bǔ)償電阻網(wǎng)絡(luò)，并經(jīng)激光校準(zhǔn)，如圖(c)所示。經(jīng)過激光校準(zhǔn)后，傳感器的零輸出、滿量程輸出及輸出一致性、溫度補(bǔ)償特性等都達(dá)到較好的性能指標(biāo)。它的基本性能指標(biāo)是：零位輸出小于±1mV，滿量程輸出40mV±1.5mV，在085范圍內(nèi)有較好的溫度補(bǔ)償效果；線性度可達(dá)

4、±0.1FS±0.25FS；工作溫度范圍為40125,允許過載為400（MPX2100）、200（MPX2050）。（MPX2100與MPX2050的主要參數(shù)與極限參數(shù)詳見附錄一和附錄二）膄另外，在壓力傳感器的應(yīng)用電路中，大多都采用儀用放大器電路結(jié)構(gòu)。這是由于儀用放大器電路具有高輸入阻抗的特點(diǎn)（傳感信號(hào)兩端均由同相端輸入），兩運(yùn)放A1、A2的特性相同時(shí)，就可以很好地減小溫漂，增強(qiáng)抗共模干擾的能力，且當(dāng)改變增益時(shí)對放大器特性無影響。這種放大電路能測量小信號(hào)并具有較高的精度。羈三、應(yīng)用電路的分析蠆 典型的壓力傳感器應(yīng)用電路中，A1、A2構(gòu)成同相比例運(yùn)算電路，它們的同相端連接硅壓

5、阻式傳感器的輸出端，A3組成一個(gè)差分比例運(yùn)算電路，它將雙端輸入信號(hào)變?yōu)閱味溯敵龅妮敵鲭娐?，電路增益由RP1來調(diào)整（滿量程調(diào)整）。A4組成的電壓跟隨器用作零壓力調(diào)整，在輸入壓力為零時(shí)，調(diào)整RP2可使輸出為零。整個(gè)電路中，A1A4選用MC33079型號(hào)運(yùn)算放大器，相應(yīng)電阻的阻值已經(jīng)標(biāo)在圖(b)中,電容元件在這里通過自身的充放電使電路更穩(wěn)定。因此，這個(gè)壓力傳感器應(yīng)用電路可以通過感知壓力的變化而輸出一個(gè)相應(yīng)的電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了將壓力參數(shù)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸出的功能。薆 對于MC33079型號(hào)運(yùn)算放大器，其管腳圖如圖(d)所示，它是由四個(gè)運(yùn)放集合成的一個(gè)集成運(yùn)放，有四個(gè)相對應(yīng)的輸入和輸出端，其功能完全一樣。薆蒁

6、結(jié)束語蒀通過查找大量資料，我深入了解了一些壓力傳感器的相關(guān)知識(shí)，通過學(xué)習(xí)研究壓力傳感器的原理以及其應(yīng)用電路的內(nèi)容，使我對集成運(yùn)算放大器的原理和構(gòu)造有了更深入的認(rèn)識(shí)和了解。薇蚄參考文獻(xiàn)：袀1肖景和.集成運(yùn)算放大器應(yīng)用精粹.56-59膀2何希才，鄒炳強(qiáng).通用電子電路應(yīng)用蚈3日馬場清太郎.運(yùn)算放大器應(yīng)用電路設(shè)計(jì)（何希才譯）螃薄附錄一：袀 MPX2100與MPX2050的主要參數(shù)蒆名稱膅符號(hào)羃MPX2100蟻MPX2050薇單位芄差動(dòng)壓力范圍莂POP膇0100薈050薆kPa袂工作電壓VS10(max)10（max)V輸出滿量程電壓Vpas40±1.540±1.5mV零位輸出Vof

7、f±1±1mV靈敏度V/p0.40.8mV/kPa線性度±0.1±0.25±0.1±0.25FS壓力滯后（0100kPa)0.050.10.050.1FS溫度滯后（085）±0.5±1±0.5±1FS全量的溫度影響（085）TCVFas0.5±10.5±1FS零位溫度影響（085）TCVoff±0.5±1±0.5±1mV輸入阻抗Zin18001800輸出阻抗Zout1400300014003000響應(yīng)時(shí)間（1090）tR11ms溫度誤差

8、帶085085注：測試電壓=10V，直流，溫度25附錄二： MPX2100與MPX2050的極限參數(shù)名稱符號(hào)MPX2100MPX2050單位超壓Pmax400200kPa工作電壓Vsmax1616V儲(chǔ)存溫度Tstg5015050150工作溫度TA4012540125僅供個(gè)人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途。For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur für den persönlichen für Studien, Forschung, zu kommerziell

9、en Zwecken verwendet werden.Pour l 'étude et la recherche uniquement à des fins personnelles; pas à des fins commerciales.  , , .  以下無正文 僅供個(gè)人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途。For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur für den persönlichen für Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet w