壓力傳感器工作原理

1、電阻應(yīng)變式壓力傳感器工作原理細(xì)解2011-10-14 15:37 元器件交易網(wǎng)字號(hào)：中心議題：電阻應(yīng)變式壓力 傳感器 工作原理微壓力傳感器接口 電路 設(shè)計(jì)微壓力傳感器接口 系統(tǒng) 的軟件設(shè)計(jì)微壓力傳感器接口電路測(cè)試與結(jié)果分析解決方案：電橋放大電路設(shè)計(jì)AD7715接口電路設(shè)計(jì)單片機(jī) 接口電路設(shè)計(jì)本文采用惠斯 通電橋?yàn)V出微壓力傳感器輸出的 模擬變量，然后用 INA 1 1 8放大器 將 此信號(hào)放大，用7715A/D進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換完成的數(shù)字量經(jīng) 單片機(jī)處理，最后由LCD將 其顯示，采用 LM334 做的精密 5 V 恒流源為電橋電路供電，完成了微壓力傳感器接口電路 設(shè)計(jì)，既能保證檢測(cè)的實(shí)時(shí)性，也

2、能提高測(cè)量精度。微壓力傳感器信號(hào)是 控制器 的前端， 它在測(cè)試或控制系統(tǒng)中處于首位， 對(duì)微壓力傳 感器獲取的信號(hào)能否進(jìn)行準(zhǔn)確地提取、 處理是衡量一個(gè)系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵因素。 后續(xù)接口電 路主要指信號(hào)調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)換電路， 即能把傳感元件輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為便于顯示、 記錄、處理 和控制的有用電信號(hào)的電路。 由于用集成電路工藝制造出的壓力傳感器往往存在： 零點(diǎn)輸出 和零點(diǎn)溫漂，靈敏度溫漂，輸出信號(hào)非線性， 輸出信號(hào)幅值低或不標(biāo)準(zhǔn)化等問(wèn)題。 本文的研 究工作，主要集中在以下幾個(gè)方面：(1) 介紹微壓力傳感器接口電路總體方案設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的組成和工作原理。(2) 系統(tǒng)的 硬件 設(shè)計(jì)，介紹主要硬件的選型及接口電路，

3、包括 A/D 轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)接口電路、 1602 顯示電路。(3) 對(duì)系統(tǒng)采用的軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行研究， 并簡(jiǎn)要闡述主要流程圖， 包括主程序、 A/D 轉(zhuǎn) 換程序、 1602顯示程序。1 電阻應(yīng)變式壓力傳感器工作原理電阻應(yīng)變式壓力傳感器是由電阻應(yīng)變片組成的測(cè)量電路和彈性敏感元件組合起來(lái) 的傳感器。 當(dāng)彈性敏感元件受到壓力作用時(shí)， 將產(chǎn)生應(yīng)變， 粘貼在表面的電阻應(yīng)變片也會(huì)產(chǎn) 生應(yīng)變， 表現(xiàn)為電阻值的變化。 這樣彈性體的變形轉(zhuǎn)化為電阻應(yīng)變片阻值的變化。把 4 個(gè)電阻應(yīng)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隨著橋 路上電阻阻值的變化增加或者減小。 一般這種變化的對(duì)應(yīng)關(guān)

4、系具有近似線性的關(guān)系。 找到壓 力變化和輸出共模電壓變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系，就可以通過(guò)測(cè)量共模電壓得到壓力值。當(dāng)有壓力時(shí)各橋臂的電阻狀態(tài)都將改變，電橋的電壓輸出會(huì)有變化。式中： Uo 為輸出電壓， Ui 為輸入電壓。當(dāng)輸入電壓一定且 Ri 簡(jiǎn)化為由于 RijT31-T34D(a VkpPJCUWDftJlAMAVfPl 苗：K韜訴Pl tiiMIW?。嚎?PL5WCCIAD3iH3PHATSffVSPl 3AC-i*K 1Pl iAEXUPOO和 EEJTPl旳231913巧*resEmJPS 11 -P3O4ePL -J*M I?.rLs5PL4MrPl JPULiP3 5|DV*5L上rW2 兀誕

5、 iomiirir ;：1H05W-FB圖4單片機(jī)連接電路3系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)3.1主程序流程圖在系統(tǒng)加電后，主程序首先完成系統(tǒng)初始化，其中包括A/D、串行口、中斷等工作狀態(tài)的設(shè)定，給系統(tǒng)變量賦初值，顯示上次設(shè)定值等。執(zhí)行相應(yīng)的功能子程序。當(dāng)啟動(dòng)鍵按下后，根據(jù)設(shè)定值、校正等參數(shù)計(jì)算對(duì)應(yīng)輸出的數(shù)字量，如圖5所示。圖5主程序流程圖3.2模數(shù)轉(zhuǎn)換程序首先對(duì)AD7715芯片進(jìn)行初始化，對(duì)部寄存器寫(xiě)入相應(yīng)代碼，然后才能對(duì)其它寄存 器進(jìn)行讀寫(xiě)。AD7715的大多數(shù)寄存器是8位寄存器，只有數(shù)據(jù)寄存器、零點(diǎn)校準(zhǔn)寄存器和 滿量程校準(zhǔn)寄存器是16位寄存器。對(duì)它們分別寫(xiě)入數(shù)據(jù)，判斷DRDY是否為零，為零時(shí)讀寄存器數(shù)據(jù)，

6、不為零時(shí)重新寫(xiě)寄存器。3.3 1602 顯示程序本系統(tǒng)采用定時(shí)中斷0來(lái)實(shí)現(xiàn)逐位動(dòng)態(tài)顯示，使 LCD輸出非常穩(wěn)定，不用考慮定 時(shí)刷新顯示，使得該顯示子程序簡(jiǎn)單靈活，適用性廣。LCD1602的數(shù)據(jù)引腳與控制引腳與單片機(jī)的I/O 口直接相連，DB0- DB7分別連接單片機(jī)的 P1.0P1.7 口，數(shù)據(jù)并行傳輸速度 快，Vo亮度調(diào)節(jié)引腳直接接地，顯示最亮狀態(tài)。4測(cè)試與結(jié)果分析4.1測(cè)試容與測(cè)試結(jié)果在單片機(jī)控制的場(chǎng)合，將因單片機(jī)不能直接測(cè)量的信號(hào)傳感器大多為電壓輸出型，要使用壓力傳感器將測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為05 V電壓輸出，通過(guò)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)供單片機(jī)讀取、控制。4.2測(cè)試結(jié)果分析A/D轉(zhuǎn)換器直

7、電路在實(shí)際測(cè)量對(duì)于微壓力傳感器，在電路設(shè)計(jì)時(shí)只需選擇合適的降壓電阻，通過(guò) 接將電阻上的電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)即可，電路調(diào)試及數(shù)據(jù)處理都比較簡(jiǎn)單。中存在一定的誤差，主要是由于溫漂和一些外部干擾造成的，見(jiàn)表1。MS力值広00,51 2實(shí)臉數(shù)據(jù)0.000 (0,5)2 4L023 4L578 22J76 5表1測(cè)量數(shù)據(jù)由壓力傳感器產(chǎn)生電壓與放大器形成電壓回路，從而在取樣電阻上產(chǎn)生一定壓降，并將此電壓值輸入到放大器INA118的3腳。INA118與其相連接的電阻構(gòu)成可調(diào)整電壓放大電路，將壓力傳感器電流在取樣電阻上的電壓值進(jìn)行放大并通過(guò)INA118的1腳輸出至模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，供單片機(jī) AT89S52讀入，通過(guò)數(shù)據(jù)處理將壓力傳感器的電壓在屏幕上以壓 力值的形式顯示出來(lái)。4.3電路的優(yōu)缺點(diǎn)電壓輸出型壓力傳感器抗干擾能力差，有時(shí)輸出的直流電壓上還疊加有交流成分，使單片機(jī)產(chǎn)生誤判斷，控制出現(xiàn)錯(cuò)誤，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)損壞設(shè)備。因?yàn)楸倦娐返慕Y(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，使用的芯片在精度方面的欠缺以及其它一些相應(yīng)條件的限制，所以在準(zhǔn)確度上有一些不足。(1) 本電路的主要優(yōu)點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單； 元器件價(jià)格低廉；操作方便； 電源單 獨(dú)、統(tǒng)一、穩(wěn)定。(2) 本電路的主要缺點(diǎn)：存在溫漂；受人為因素影響比較大；攜帶不方便。5結(jié)束語(yǔ)通過(guò)對(duì)微壓力傳感器的應(yīng)用、 特點(diǎn)及工作特性等方面的研究， 并對(duì)微壓力傳感器接 口電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)， 在電