恆定電流驅動的電橋式傳感器驅動/放大電路工作原理分析

2020-11-21 電子產品世界

電路的功能

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/161067.htm

應變儀、磁性電阻元件、半導體壓力傳感器等以電橋方式工作是很常見的。置方式有平衡驅動和方法又抱括恆壓驅動和恆流驅動。本電路用數MA的恆定電流使傳感器不平衡置偏，由儀表放大器接收。傳感器採用擴散式壓力傳感器P-3000S-102G，壓力範圍為0~1KG/CM2。

電路工作原理

OP放大器A1為恆流輸出電路，電流大小由基準電壓VZ和傳感電阻決定，本電路用可變電阻的最大阻，否則OP放大器輸出會飽和、使工作不穩定。電橋電阻為為4.7K±30%，如果有1.5MA的偏流流過，就會產生最大為9.165V的等效電壓，A1必須輸出10.425V的電壓，該電壓是傳感電壓與電橋等效電壓相加。調零方法是使電橋略不平衡，輸出一定的電壓進行調零。如果用下一級儀表放大器進行調零也行。平衡輸入放大器加了濾除高頻噪聲的緩衝濾波器，時間常數根據最高響應頻率確定。

儀表放大器為標準構成方式，該電路的增益AV由AV=1+（2R3/RG）決定，傳感器輸出靈敏度為100±30MV/FS，要使輸出端獲得0~+1V的電壓，AV應等於7.7~14.3倍。RO的計算方法根據上面的公式為RO=2RS/（AV-1），所以RO=1.5~3K，考慮少許餘量，在1K上串聯一個2K的可變電阻。

調整

在傳感器不加壓情況下，調節VR1使偏流IB為1.5MA。斷開傳感器的一端，接上測量電流用的跨接線，對電流進行測量。沒有必須進行準確的調節，可把VR1換成固定電阻。

用VR2調零，為了使變化範圍不超出要求。R3、R4應儘量採用高阻值。最後給傳感施加KG/CM2的壓力，調整VR3直到輸出端電壓等於1.000V為止。為慎重起見，應收集0~1KG/CM2範圍內的數據，並記錄線性誤差。

設計要點

採用半導體器件的傳感器必定有溫度係數，如果是P-3000S，用雷射來微調厚膜電阻使具有較小的溫度係數。但進行高精度測量時，必須考慮採用溫度補償電路問題，採取簡單方法可用熱敏電阻與RO串聯，連升降環境溫度，邊進行調整。

這裡採用了完善的差動放大電路，人們往往認為電路應具有低漂移特性，其實傳感器輸出為100MV/FS時，採用普通OP放大器就已是夠了。

元件的選擇

儘管所採用的傳感器在元件表中沒有列出，但如果是P3000S-102G，根據漂移等級，應在±0.02/0.04/0.1%FS中挑選。

基準電壓二極體必須選用1.2V的產品。

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