现代测控电子技术-测控电路综合应用.pdf

第九章 测控电路综合应用 7.1压力测量应用电路 7.1.1压阻式压力传感器地应用电路 压阻感器是利用晶体地压阻效应制成 地传感器,其构造是在硅弹性膜片上,用集 成电路地扩散技术在一定晶向上制作四个 压力敏感电阻,将它们连接成惠斯登电桥 地形式,就构成了基本地压阻全桥传感器。 压阻式压力传感器受温度地影响表现 在零点温度漂移与灵敏度温度漂移两个方 面。在具体地应用电路当中,需要采取措施 进行温度补偿。 图7.1.1是压阻式压力传感器地典型 用电路,图中FPM-05PG为压阻式压力传感 器, 电路输出以大气压为基准,输出电压在1 个标准大气压时为0mV,1mmHg时输出 10mV。 图7.1.1 压阻式压力传感器地典型应用电路 A1,D1,T1与R2构成恒流源电路对电路供 电。D1地输出电压VD1加在R1上,恒流源电 流I 由VD1/R2决定,其值为I=1.5mA 。 传感器地温度特性包括由于温度变化使 零位输出移动地零位温度特 , 以及压力灵敏 度随温度变化地灵敏度温度特性。FPM- 05PG地灵敏度随温度变化非常小,故测量电 路中仅设置了由D3与A2构成地零点温度补偿 电路,其原理是利用硅二极管地负温度系数补 偿传感器地正温度系数。 实验表明,传感器FPM-05PG地零位温 度特性为0.25 mV/℃,故选用温度特性为- 2.0～-2.5mV/℃地二极管作为温度补偿元 件。 A2输出经过调节RP1可获得具有正温 度系数地电压,该电压加至输出运算放大器 A4地同相输入端,传感器FPM-05PG地输出 AD620差动放大10倍后得到具有正温度 系数地电压,该电压加至输出运算放大器 A4地反相输入端,两个具有正温度系数地 电压经输出级相减后输出。 只要调节 RP1 即可使传感器FPM-05PG 地零位温度特性被补偿。 当传感器加上1.5 mA恒定电流时,其 出约为0.17mV/1mmHg,为了使电路地输出电 压与压力地关系为10mV/1mmHg,后续放大 电路地增益应为60 。该增益由运放A3与A4 构成地两级差动放大电路实现。电路中RP2 用于传感器在零压力时测量电路地输出调零 ,RP3用于调节电路地满度输出。 11.1.2压力信号地长距离传输测量 在许多工业应用领域中,传感器与记录 或采集装置是分离地,其传输线可能长达几 百米或几千米,此时若采用频率或电流地形 式传输信号即可避免电压传输地缺点。 1.压力地频率法测量 将压力传感器地输出电压信号转换成频 率信号是压力信号长距离传输测量地有效方 法, 图11.1.2为压力地频率法测量电路。 图11.1.2压力地频率法测量电路 压力传感器采用 Motorola公司地 MPX2100DP,压力测量范围是0～100kPa,输 出满量程电压与电源电压成比例。 当电源电压为16V时,其满量程输出电 压为64mV,当电源电压为10V时,其满量程输 出电压为40mV,则当电源电压为8V时,其满 量程输出电压为32mV 。 电路分为压力信号放大器与V/f转换电 路两部分,压力信号放大器由A1～A4 四个运 放电路构成。 A1组成一个同相放大器,其增益为 A2组成一个电压跟随器,起隔离作用,防 止运放地反馈电流流入传感器地负端。A4是 零压力偏置电路,使零压力时压力信号放大器 有一电压输出。A3组成压力信号放大器地输 出级,与A1相同为一同相放大器,其增益为 压力信号放大器地总增益为 当未给传感器施加压力时,传感器输出 为零,此时调节RP1使 A4获得0.5V地反 偏 置输入电压,该偏置电压经两级反 放大后 在压力信号放大器地输出端输出0.5V 电压。 该电压与经放大后地压力传感器地输出电 压叠加成为压力信号放大器地实际输出。 由于传感器供电电源为8V,其满量程输 出为32mV,因此在传感器地量程范围内,压 力信号放大器地输出为0.5V～4.5V,该电压 范围就是后续V/f转换器地输入电压范围。 V/f转换器采用AD654集成V/f转换器, 根据电路地连接方式及芯片地输出频率计 算公式