電阻式應變片電橋壓力傳感器應用

1. 電阻式應變片電橋壓力傳感器工作原理

電阻式應變式壓力傳感器是由電阻應變片組成的測量電路和彈性敏感元件組合起來的傳感器。當彈性敏感元件受到外界壓力作用時，将産生應變，粘貼在表面的電阻應變片也會産生應變，電阻值會發生變化。這樣彈性體的變形轉化為電阻應變片阻值的變化。

一般來說，把4個電阻應變片按照橋路方式連接，兩輸入端施加一定的電壓值，兩輸出端輸出的共模電壓随着橋路上電阻阻值的變化增加或者減小。 這種變化的對應關系具有近似線性的關系。找到壓力變化和輸出共模電壓變化的對應關系，就可以通過測量共模電壓得到壓力值。

通常使用四臂工作的全橋接法測量電橋有較高的靈敏度應變片式位移傳感器測量精度也較高，能起到溫度自動補償的作用。

下圖為全橋的基本結構

全橋

V0:輸入電源電壓。U0:輸出共模電壓；

2. 電阻式應變片電橋壓力傳感器電路設計

下圖是電路框架結構

電路框架

電路一般由放大電路，濾波電路，電壓跟随組成，U0為模拟量輸出。

1）放大電路：使用差分放大電路；

差分放大電路，比較常用的電路，可以使用分立式運放來搭建差分運放電路；如下圖：

差分運放電路

不過，由分立式運放搭建的差分運放電路，外圍器件比較多，而且器件本身有差異，外界幹擾信号的影響等，可能會引起一些噪聲等誤差；比如R1,R2的阻值理想狀态是需要相同阻值，但是現實中由于生産工藝等原因不可能有相同阻值的電阻，多多少少都會存在一定偏差，所有說運放的結果也不會是理想狀态。

因此，為了減少外圍器件，以及不必要的誤差，建議在條件運行的狀況下，采用儀表放大器，其内部已經集成了差分電路，所有使用時外圍器件比較少，電路結構簡單，受幹擾情況也會減小。

常用的儀表運放有AD620,INA128等；下圖是INA128内部結構：此圖來自INA128數據手冊；

INA128内部電路

RG用來條件增益，根據傳感器以及實際電路來條件增益；

儀表運放使用時注意選項，供電電壓，增益調節範圍，輸入輸出阻抗，共模抑制比CMR，偏壓值，以及噪聲等；

2）濾波電路;

濾波電路的作用：允許規定範圍内的信号通過，而使規定範圍之外的信号不能通過。

濾波電路分為：低通濾波，高通濾波，帶通濾波，帶阻濾波；

低通濾波：允許低頻率的信号通過，将高頻率的衰減；

高通濾波：允許高頻率的信号通過，将低頻率的衰減；

帶通濾波：允許一定頻帶範圍内的信号通過，将頻帶範圍外的信号衰減；

帶阻濾波：允許一定頻帶範圍之外的信号通過，将頻帶範圍内的信号衰減；

濾波電路又分為：無源濾波，有源濾波；

無緣濾波：僅由無源器件（電阻，電容，電感）組成的濾波電路；其有很大的缺點，比如：電路增益小，驅動負載能力差等。

有源濾波：指利用放大器，電阻和電容組成的濾波電路，主要用于數據傳輸，抑制幹擾等方面；當然其也有缺點：受運放頻帶限制，這種濾波主要用于低頻範圍。

下圖就是一階有源低通濾波電路；

輸入端RC構成低通濾波，特征頻率由RC決定；

此電路特點就是：電路簡單，但是阻帶衰減太慢，選擇性較差。

為了提高阻帶衰減特性，加快衰減，改善濾波效果，我們可以再加一節RC低通濾波環節，構成二階低通濾波，效果比一階要好很多；如下圖：

實際電路中具體選哪種濾波呢，我們要根據實際使用要求等情況，做具體的選擇；

3）電壓電路

下圖是電壓跟随的示意圖：

電壓跟随器

電壓跟随，意思就是輸出電壓與輸入電壓相等，增益為一，起到電壓跟随的作用。

許多應用裡面都會有電壓跟随電路，但是呢很多人覺得既然是輸出電壓跟輸入電壓一緻，那為何要添加電壓跟随電路，不是多此一舉嘛，幹脆去掉算了，其實看似簡單，但是其有很大的作用，建議最好要有電壓跟随電路；下面就簡單介紹下電壓跟随的幾個作用。

1）電壓跟随起到緩沖的作用

這個緩沖起到承上啟下的作用，如果上一級信号輸出阻抗比較高，而下一級輸入阻抗比較小，那麼這時信号就會有損耗，所有在此添加電壓跟随電路，就可以在一定程度上避免這種現象。

2）電壓跟随起到隔離的作用

電壓跟随器具有輸入阻抗高，輸出阻抗低的特性，常用于中間級，以隔離前後級電路，消除前後級電路之間的相互影響。

3）電壓跟随起到阻抗匹配的作用

電壓跟随器具有輸入阻抗高，輸出阻抗低的特性，使得它在電路中可以完成阻抗匹配的功能，使下一級電路工作的更好，尤其在音頻處理裡面這個作業體現的更為出色。

3. 總結

電阻式應變片電橋壓力傳感器，的使用比較常見，電路比較簡單，基本上由運放電路，濾波電路，跟随電路組成後，就可以滿足普通的采樣使用；可以直接接入帶AD功能的MCU上進行采樣，或者接AD轉換芯片，再接入MCU等；當然實際使用過程中電壓，增益，量程等，根據相關傳感器手冊，芯片手冊等可自行調節。

想了解更多電子元器件，電子開發設計，嵌入式編程，研發相關管理知識或者觀點，請記得加【關注】

歡迎您與作者私信溝通交流

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!