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压阻式传感器的工作原理及应用电路

发布日期:2020-11-06 06:12

  压阻式传感器是利用晶体的压阻效应制成的传感器。当它受到压力作用时,应变元件的电阻发生变化,从而使输出电压发生变化。一般压阻式传感器是在硅膜片上做成四个等值的电阻的应变元件,构成惠斯通电桥。当受到压力作用时,一对桥臂的电阻变大,而另一对桥臂电阻变小,电桥失去平衡,输出一个与压力成正比的电压。由于硅压阻式压力传感器的灵敏系数比金属应变的灵敏系数大50~100倍,故硅压阻式压力传感器的满量程输出可达几十毫伏至二百多毫伏,有时不需要放大就可直接测量。另外压阻式传感器还有易于微型化、测量范围宽、频率响应好(可测几千赫兹的脉动压力)和精度高等特点。但在使用过程中,要注意硅压阻式压力传感器对温度很敏感,在具体的应用电路中要采用温度补偿。目前大多数硅压阻式传感器已将温度补充电路做在传感器中,从而使得这类传感器的温度系数小于土0.3%的量程。

  压阻式压力传感器可以由恒压源或恒流源供电。若传感器四个桥臂的电阻相等(均为R),当有压力作用时,两个桥臂随温度的变化量为ARr,经推导可以得出以下结论:使用恒压源供电时,电桥的输出受ARIR、电桥电压矿和ART的影响.即增加了温度误差。而使用恒流源供电时,电桥输出只受电桥电流,和AR的影响。所以一般均采用恒流源给传感器供电。

  图3-16是压阻式传感器的典型应用电路。该电路由A,、VDi、VT和Rl构成恒流源电路对电桥供电,输出1.5mA的恒定电流。

  为了保证测量电路的精度,在测量电路中设置了由VD3和A4组成的温度补偿电路,其原理是利用硅二极管对温度很敏感而作为温度补偿元件。一般二极管的温度系数为-2mV/℃。调节w.可获得最佳的温度补偿效果。

  运放A3和A4组成两级差动放大电路,放大倍数约为60,并由W2来调节增益的大小。

  若传感器在零压力时,测量电路的输出不为零,这时要在电路中增加零输出调整电路。如图3-16所示,调节W2的大小,以达到使传感器在零压力时输出为零。两表面出现电荷,当去掉外压力时,电荷立即消失,这种现象就是压电效应。压电加速度传感器常见的结构形式有压缩型、剪切型、弯曲型和膜盒式等几种。表3-2和表3-3

  压电式加速度传感器是容性、灵敏度很高的传感器,它常配以电荷放大器和电压放大器。其电路如图3-17所示。

  电荷放大器频带宽,增益由负反馈电路中的电容Cf决定,输出电缆的电容对放大器无影响。输出电压为Uo=-q/Cf。

  Uo=Sq/(Ca+Cq)式中,Sq为电荷灵敏度;Ca为传感器电容;Cq为电缆电容。由于输出电压易受输出电缆电容的影响,因此常将放大器置于传感器内。

  在实际应用时,主要采用电荷放大器。由于传感器在过载时,会有很大的输出,所以在放大器的输入需加保护电路。