壓力傳感器的選擇與應(yīng)用

　　壓力傳感器的種類繁多，其性能也有較大的差異，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體的使用場(chǎng)合、條件和要求，選擇較為適用的傳感器，做到經(jīng)濟(jì)、公道。

　　一、壓力傳感器的主要性能參數(shù)

　　1.額定壓力范圍

　　額定壓力范圍是滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的壓力范圍。也就是在最高和最低溫度之間，傳感器輸出符合規(guī)定工作特性的壓力范圍。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)傳感器所測(cè)壓力在該范圍之內(nèi)。

　　2.最大壓力范圍

　　最大壓力范圍是指?jìng)鞲衅髂荛L(zhǎng)時(shí)間承受的最大壓力，且不引起輸出特性永久性改變。特別是半導(dǎo)體壓力傳感器，為進(jìn)步線性和溫度特性，一般都大幅度減小額定壓力范圍。因此，即使在額定壓力以上連續(xù)使用也不會(huì)被損壞。一般最大壓力是額定壓力最高值的2-3倍。

　　3.損壞壓力

　　損壞壓力是指能夠加工在傳感器上且不使傳感器元件或傳感器外殼損壞的最大壓力。

　　4.線性度

　　線性度是指在工作壓力范圍內(nèi)，傳感器輸出與壓力之間直線關(guān)系的最大偏離。

　　5.壓力遲滯

　　為在室溫下及工作壓力范圍內(nèi)，從最小工作壓力和最大工作壓力趨近某一壓力時(shí)，傳感器輸出之差。

　　6.溫度范圍

　　壓力傳感器的溫度范圍分為補(bǔ)償溫度范圍和工作溫度范圍。補(bǔ)償溫度范圍是由于施加了溫度補(bǔ)償，精度進(jìn)進(jìn)額定范圍內(nèi)的溫度范圍。工作溫度范圍是保證壓力傳感器能正常工作的溫度范圍。

　　二、壓力傳感器應(yīng)用實(shí)例

　　1.應(yīng)變片式壓力傳感器的壓力變換電路

　　應(yīng)變片式壓力傳感器由于用途和壓氣力程等的差異，故銷售產(chǎn)品有各種各樣的結(jié)構(gòu)。例如，隔膜型構(gòu)造的產(chǎn)品，感受壓力的膜片上粘貼應(yīng)變片，檢測(cè)壓力使阻值發(fā)生變化。實(shí)際壓力傳感器是由應(yīng)變片連成的惠斯登電橋，如圖1所示，其中加進(jìn)了各種補(bǔ)償電阻。R1-R4是應(yīng)變片電阻，通常為350和與壓力無(wú)關(guān)。是調(diào)整電橋平衡電阻，通常為1左右。是零位溫度特性的補(bǔ)償電阻，通常小于1。為補(bǔ)償靈敏度溫度特性的電阻，通常為，也有取加進(jìn)的。為調(diào)整額定輸出的電阻，通常為數(shù)K。為輸進(jìn)電阻值調(diào)整電阻，通常為數(shù)K。

　　用壓力傳感器進(jìn)行丈量和控制壓力，電橋的輸出電壓僅為MV級(jí)，難以直接使用，需設(shè)計(jì)一個(gè)信號(hào)調(diào)理電路對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行處理放大。

　　(1)電橋電壓電路

　　中苦A端加正電壓，C端加負(fù)電壓，則D端可得正輸出電壓，而B(niǎo)端可得負(fù)輸出電壓。由于輸出電壓與電橋電壓E成正比，所以，若增加E，放大電路本身長(zhǎng)的漂移增大，受應(yīng)變片答應(yīng)功耗的限制。因此，電橋電壓E以不超過(guò)6V為宜。

　　(2)電橋平衡電路

　　通?；菟沟请姌蛑?，由于不可避免地會(huì)存在偏差，故在沒(méi)有加壓力的狀態(tài)下就有輸出電壓存在，通常這個(gè)數(shù)值有左右。采用圖3所示的簡(jiǎn)單電路，即可進(jìn)行零位調(diào)整，但這樣會(huì)影響溫度特性，所以必須用壓力校正裝置和恒溫槽等以保證正確的特性。

　　(3)放大電路

　　采用上述輸出電壓靈敏度為壓力傳感器，且電橋電壓為5V，此時(shí)放大電路的輸進(jìn)電壓(即電橋輸出電壓)為：

　　如四周環(huán)境溫度變化時(shí)，使輸出電壓的變化控制在額定輸出以內(nèi)，則容許放大電路的輸進(jìn)換算成漂移為。通過(guò)選擇和的失調(diào)電壓溫度系數(shù)的一致性，這個(gè)數(shù)值是比較輕易實(shí)現(xiàn)的。

　　若輸出電壓為5V，則增益可600倍。為使輸出級(jí)和零位調(diào)整電路的漂移影響變小，則必須使低級(jí)分擔(dān)的增益增大。

　　圖2是電源電太為的實(shí)例。在檢測(cè)壓力時(shí)，因負(fù)壓為，所以，根據(jù)使用目的，也可以使用單一電源。

　　另外，若在輸出級(jí)的后面附加電壓/電流轉(zhuǎn)換電路，還可以制4-20MA的電流傳輸型電路。

　　2.數(shù)字式壓力丈量?jī)x

　　數(shù)字式壓力丈量?jī)x是選用摩托羅拉MPX700DP壓差傳感器，設(shè)計(jì)成的丈量和顯示表壓、真空(負(fù)壓)或差壓的壓力丈量裝置。

　　(1)傳感器的基本結(jié)構(gòu)和特性

　　圖4所示為壓力傳感器硅片的俯視圖，應(yīng)變電阻成對(duì)角狀置于膜片邊沿。電壓由交叉管1和3加進(jìn)，反映壓力的敏感電阻上形成的電壓由交叉2，4腳輸出，外接電阻用于溫度補(bǔ)償。

　　MPX700DP傳感器的電源電壓為3V，在任何情況下不要超過(guò)6V。當(dāng)壓力端口的壓力高于真空端口的壓力時(shí)，出現(xiàn)在2，4真?zhèn)€壓差電壓為正。當(dāng)采用3V電源供電時(shí)，標(biāo)稱滿量程電壓輸出為60MV。

　　當(dāng)零壓力加于傳感器上時(shí)，仍存在一些輸出電壓，這個(gè)電壓稱為零點(diǎn)偏差。對(duì)于MPX700系列傳感器，零點(diǎn)偏差電壓在0-35MV范圍內(nèi)。零點(diǎn)偏差電壓可由合適的儀表放大器通過(guò)調(diào)零解決。輸出電壓隨輸進(jìn)壓力而線性變化。

　　(2)溫度補(bǔ)償

　　輸出電壓受環(huán)境溫度的影響，為此需進(jìn)行一定補(bǔ)償。溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄝ^多，最簡(jiǎn)單的方法是在傳感器與電阻之間串聯(lián)電阻。圖5所示為數(shù)字丈量?jī)x電路原理圖，其中R5和R13為溫度補(bǔ)償電阻，在0-80的溫度范圍內(nèi)可獲得滿足的補(bǔ)償效果。由于傳感器的橋驅(qū)動(dòng)電壓要求為3V左右，所以在電路串聯(lián)電阻后，既起到溫度補(bǔ)償?shù)男Ч?，又可?duì)電源電壓降壓以滿足傳感器的電壓要求。