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电阻应变式压力传感器工作原理细解

2011-10-14 15:37元器件交易网

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中心议题：

电阻应变式压力传感器工作原理

微压力传感器接口电路设计

微压力传感器接口系统的软件设计

微压力传感器接口电路测试与结果分析

解决方案：

电桥放大电路设计

AD7715接口电路设计

单片机接口电路设计

本文采用惠斯通电桥滤出微压力传感器输出的模拟变量，然后用INA118放大器将此信号放大，用7715A/D 进行模数转换，将转换完成的数字量经单片机处理，最后由LCD 将其显示，采用LM334 做的精密5 V 恒流源为电桥电路供电，完成了微压力传感器接口电路设计，既能保证检测的实时性，也能提高测量精度。

微压力传感器信号是控制器的前端，它在测试或控制系统中处于首位，对微压力传感器获取的信号能否进行准确地提取、处理是衡量一个系统可靠性的关键因素。后续接口电路主要指信号调节和转换电路，即能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处理和控制的有用电信号的电路。由于用集成电路工艺制造出的压力传感器往往存在：零点输出和零点温漂，灵敏度温漂，输出信号非线性，输出信号幅值低或不标准化等问题。本文的研究工作，主要集中在以下几个方面：

(1)介绍微压力传感器接口电路总体方案设计、系统的组成和工作原理。

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(2)系统的硬件设计，介绍主要硬件的选型及接口电路，包括A/D 转换电路、单片机接口电路、1602显示电路。

(3)对系统采用的软件设计进行研究，并简要阐述主要流程图，包括主程序、A/D 转换程序、1602显示程序。

1 电阻应变式压力传感器工作原理

电阻应变式压力传感器是由电阻应变片组成的测量电路和弹性敏感元件组合起来的传感器。当弹性敏感元件受到压力作用时，将产生应变，粘贴在表面的电阻应变片也会产生应变，表现为电阻值的变化。这样弹性体的变形转化为电阻应变片阻值的变化。把4 个电阻应变片按照桥路方式连接，两输入端施加一定的电压值，两输出端输出的共模电压随着桥路上电阻阻值的变化增加或者减小。一般这种变化的对应关系具有近似线性的关系。找到压力变化和输出共模电压变化的对应关系，就可以通过测量共模电压得到压力值。

当有压力时各桥臂的电阻状态都将改变，电桥的电压输出会有变化。

式中：Uo 为输出电压，Ui 为输入电压。

当输入电压一定且 ΔRi <

对于全等臂电桥， R1= R2= R3= R，各桥臂电阻应变片灵敏系数K相同，式(2)可简化为

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由于ΔRi<

式(4)为电桥转换原理的一般形式。ΔU 为电桥输出电压。作为全等臂电桥， ΔR1 = ΔR2 = ΔR 3= ΔR4 ，式(4)变为ΔU =UKε 。

2 微压力传感器接口电路

应用微压力传感器对压力的感应特性，将压力转换为模拟的电压输出，此输出信号不能直接由单片机处理。因此，需要经A/D 转换为数字量。单片机通过对此数字量的处理，获得实际的压力值，并通过液晶屏显示。

图1 微压力传感器接口电路框图

由图1 可以看出，整个电路的设计分4 大部分：电桥电路、放大电路、A/D 转换电路、LCD 显示电路。

2.1 电桥放大电路

由于所测出的微压力传感器两端的电压信号较弱，所以电压在进行A/D 转换之前必须经过放大电路的放大(见图2)。INA118 由3 个运算放大器组成差分放大结构，内置输入过压保护，且可通过外置不同大小的电阻实现不同的增益(从1 到1 000)，因而应用范围很

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