壓阻式傳感器的工作原理及應用電路

2020-12-21 電子發燒友

壓阻式傳感器的工作原理及應用電路

電工基礎 發表於 2020-03-15 15:15:00

　　壓阻式傳感器是利用晶體的壓阻效應製成的傳感器。當它受到壓力作用時，應變元件的電阻發生變化，從而使輸出電壓發生變化。一般壓阻式傳感器是在矽膜片上做成四個等值的電阻的應變元件，構成惠斯通電橋。當受到壓力作用時，一對橋臂的電阻變大，而另一對橋臂電阻變小，電橋失去平衡，輸出一個與壓力成正比的電壓。由於矽壓阻式壓力傳感器的靈敏係數比金屬應變的靈敏係數大50～100倍，故矽壓阻式壓力傳感器的滿量程輸出可達幾十毫伏至二百多毫伏，有時不需要放大就可直接測量。另外壓阻式傳感器還有易於微型化、測量範圍寬、頻率響應好（可測幾千赫茲的脈動壓力）和精度高等特點。但在使用過程中，要注意矽壓阻式壓力傳感器對溫度很敏感，在具體的應用電路中要採用溫度補償。目前大多數矽壓阻式傳感器已將溫度補充電路做在傳感器中，從而使得這類傳感器的溫度係數小於土0.3%的量程。

　　壓阻式壓力傳感器可以由恆壓源或恆流源供電。若傳感器四個橋臂的電阻相等（均為R），當有壓力作用時，兩個橋臂隨溫度的變化量為ARr，經推導可以得出以下結論：使用恆壓源供電時，電橋的輸出受ARIR、電橋電壓礦和ART的影響．即增加了溫度誤差。而使用恆流源供電時，電橋輸出只受電橋電流，和AR的影響。所以一般均採用恆流源給傳感器供電。

　　圖3-16是壓阻式傳感器的典型應用電路。該電路由A，、VDi、VT和Rl構成恆流源電路對電橋供電，輸出1.5mA的恆定電流。

　　為了保證測量電路的精度，在測量電路中設置了由VD3和A4組成的溫度補償電路，其原理是利用矽二極體對溫度很敏感而作為溫度補償元件。一般二極體的溫度係數為-2mV/℃。調節w．可獲得最佳的溫度補償效果。

　　運放A3和A4組成兩級差動放大電路，放大倍數約為60，並由W2來調節增益的大小。

　　若傳感器在零壓力時，測量電路的輸出不為零，這時要在電路中增加零輸出調整電路。如圖3-16所示，調節W2的大小，以達到使傳感器在零壓力時輸出為零。兩表面出現電荷，當去掉外壓力時，電荷立即消失，這種現象就是壓電效應。壓電加速度傳感器常見的結構形式有壓縮型、剪切型、彎曲型和膜盒式等幾種。表3-2和表3-3

　　分別給出了PV-96和GIA型壓電式加速度傳感器的特性。

　　壓電式加速度傳感器是容性、靈敏度很高的傳感器，它常配以電荷放大器和電壓放大器。其電路如圖3-17所示。

　　電荷放大器頻帶寬，增益由負反饋電路中的電容Cf決定，輸出電纜的電容對放大器無影響。輸出電壓為Uo=-q/Cf。

　　電壓放大器信號從同相端輸入，實際就是同相比例放大器。其輸出電壓Uo為

　　Uo=Sq/（Ca+Cq）式中，Sq為電荷靈敏度；Ca為傳感器電容；Cq為電纜電容。由於輸出電壓易受輸出電纜電容的影響，因此常將放大器置於傳感器內。

　　在實際應用時，主要採用電荷放大器。由於傳感器在過載時，會有很大的輸出，所以在放大器的輸入需加保護電路。

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