壓阻式傳感器的工作原理及應(yīng)用電路

壓阻式傳感器是利用晶體的壓阻效應(yīng)制成的傳感器。當(dāng)它受到壓力作用時，應(yīng)變元件的電阻發(fā)生變化，從而使輸出電壓發(fā)生變化。一般壓阻式傳感器是在硅膜片上做成四個等值的電阻的應(yīng)變元件，構(gòu)成惠斯通電橋。當(dāng)受到壓力作用時，一對橋臂的電阻變大，而另一對橋臂電阻變小，電橋失去平衡，輸出一個與壓力成正比的電壓。由于硅壓阻式壓力傳感器的靈敏系數(shù)比金屬應(yīng)變的靈敏系數(shù)大50～100倍，故硅壓阻式壓力傳感器的滿量程輸出可達(dá)幾十毫伏至二百多毫伏，有時不需要放大就可直接測量。另外壓阻式傳感器還有易于微型化、測量范圍寬、頻率響應(yīng)好（可測幾千赫茲的脈動壓力）和精度高等特點。但在使用過程中，要注意硅壓阻式壓力傳感器對溫度很敏感，在具體的應(yīng)用電路中要采用溫度補(bǔ)償。目前大多數(shù)硅壓阻式傳感器已將溫度補(bǔ)充電路做在傳感器中，從而使得這類傳感器的溫度系數(shù)小于土0.3%的量程。

壓阻式壓力傳感器可以由恒壓源或恒流源供電。若傳感器四個橋臂的電阻相等（均為R），當(dāng)有壓力作用時，兩個橋臂隨溫度的變化量為ARr，經(jīng)推導(dǎo)可以得出以下結(jié)論：使用恒壓源供電時，電橋的輸出受ARIR、電橋電壓礦和ART的影響．即增加了溫度誤差。而使用恒流源供電時，電橋輸出只受電橋電流，和AR的影響。所以一般均采用恒流源給傳感器供電。

圖3-16是壓阻式傳感器的典型應(yīng)用電路。該電路由A，、VDi、VT和Rl構(gòu)成恒流源電路對電橋供電，輸出1.5mA的恒定電流。

為了保證測量電路的精度，在測量電路中設(shè)置了由VD3和A4組成的溫度補(bǔ)償電路，其原理是利用硅二極管對溫度很敏感而作為溫度補(bǔ)償元件。一般二極管的溫度系數(shù)為-2mV/℃。調(diào)節(jié)w．可獲得最佳的溫度補(bǔ)償效果。

運放A3和A4組成兩級差動放大電路，放大倍數(shù)約為60，并由W2來調(diào)節(jié)增益的大小。

若傳感器在零壓力時，測量電路的輸出不為零，這時要在電路中增加零輸出調(diào)整電路。如圖3-16所示，調(diào)節(jié)W2的大小，以達(dá)到使傳感器在零壓力時輸出為零。兩表面出現(xiàn)電荷，當(dāng)去掉外壓力時，電荷立即消失，這種現(xiàn)象就是壓電效應(yīng)。壓電加速度傳感器常見的結(jié)構(gòu)形式有壓縮型、剪切型、彎曲型和膜盒式等幾種。表3-2和表3-3

分別給出了PV-96和GIA型壓電式加速度傳感器的特性。

壓電式加速度傳感器是容性、靈敏度很高的傳感器，它常配以電荷放大器和電壓放大器。其電路如圖3-17所示。

電荷放大器頻帶寬，增益由負(fù)反饋電路中的電容Cf決定，輸出電纜的電容對放大器無影響。輸出電壓為Uo=-q/Cf。

電壓放大器信號從同相端輸入，實際就是同相比例放大器。其輸出電壓Uo為

Uo=Sq/（Ca+Cq）式中，Sq為電荷靈敏度；Ca為傳感器電容；Cq為電纜電容。由于輸出電壓易受輸出電纜電容的影響，因此常將放大器置于傳感器內(nèi)。

在實際應(yīng)用時，主要采用電荷放大器。由于傳感器在過載時，會有很大的輸出，所以在放大器的輸入需加保護(hù)電路。