压力传感器的选择与应用

　　压力传感器的种类繁多，其性能也有较大的差异，在实际应用中，应根据具体的使用场合、条件和要求，选择较为适用的传感器，做到经济、公道。

　　一、压力传感器的主要性能参数

　　1.额定压力范围

　　额定压力范围是满足标准规定值的压力范围。也就是在最高和最低温度之间，传感器输出符合规定工作特性的压力范围。在实际应用时传感器所测压力在该范围之内。

　　2.最大压力范围

　　最大压力范围是指传感器能长时间承受的最大压力，且不引起输出特性永久性改变。特别是半导体压力传感器，为进步线性和温度特性，一般都大幅度减小额定压力范围。因此，即使在额定压力以上连续使用也不会被损坏。一般最大压力是额定压力最高值的2-3倍。

　　3.损坏压力

　　损坏压力是指能够加工在传感器上且不使传感器元件或传感器外壳损坏的最大压力。

　　4.线性度

　　线性度是指在工作压力范围内，传感器输出与压力之间直线关系的最大偏离。

　　5.压力迟滞

　　为在室温下及工作压力范围内，从最小工作压力和最大工作压力趋近某一压力时，传感器输出之差。

　　6.温度范围

　　压力传感器的温度范围分为补偿温度范围和工作温度范围。补偿温度范围是由于施加了温度补偿，精度进进额定范围内的温度范围。工作温度范围是保证压力传感器能正常工作的温度范围。

　　二、压力传感器应用实例

　　1.应变片式压力传感器的压力变换电路

　　应变片式压力传感器由于用途和压气力程等的差异，故销售产品有各种各样的结构。例如，隔膜型构造的产品，感受压力的膜片上粘贴应变片，检测压力使阻值发生变化。实际压力传感器是由应变片连成的惠斯登电桥，如图1所示，其中加进了各种补偿电阻。R1-R4是应变片电阻，通常为350和与压力无关。是调整电桥平衡电阻，通常为1左右。是零位温度特性的补偿电阻，通常小于1。为补偿灵敏度温度特性的电阻，通常为，也有取加进的。为调整额定输出的电阻，通常为数K。为输进电阻值调整电阻，通常为数K。

　　用压力传感器进行丈量和控制压力，电桥的输出电压仅为MV级，难以直接使用，需设计一个信号调理电路对传感器信号进行处理放大。

　　(1)电桥电压电路

　　中苦A端加正电压，C端加负电压，则D端可得正输出电压，而B端可得负输出电压。由于输出电压与电桥电压E成正比，所以，若增加E，放大电路本身长的漂移增大，受应变片答应功耗的限制。因此，电桥电压E以不超过6V为宜。

　　(2)电桥平衡电路

　　通常惠斯登电桥中，由于不可避免地会存在偏差，故在没有加压力的状态下就有输出电压存在，通常这个数值有左右。采用图3所示的简单电路，即可进行零位调整，但这样会影响温度特性，所以必须用压力校正装置和恒温槽等以保证正确的特性。

　　(3)放大电路

　　采用上述输出电压灵敏度为压力传感器，且电桥电压为5V，此时放大电路的输进电压(即电桥输出电压)为：

　　如四周环境温度变化时，使输出电压的变化控制在额定输出以内，则容许放大电路的输进换算成漂移为。通过选择和的失调电压温度系数的一致性，这个数值是比较轻易实现的。

　　若输出电压为5V，则增益可600倍。为使输出级和零位调整电路的漂移影响变小，则必须使低级分担的增益增大。

　　图2是电源电太为的实例。在检测压力时，因负压为，所以，根据使用目的，也可以使用单一电源。

　　另外，若在输出级的后面附加电压/电流转换电路，还可以制4-20MA的电流传输型电路。

　　2.数字式压力丈量仪

　　数字式压力丈量仪是选用摩托罗拉MPX700DP压差传感器，设计成的丈量和显示表压、真空(负压)或差压的压力丈量装置。

　　(1)传感器的基本结构和特性

　　图4所示为压力传感器硅片的俯视图，应变电阻成对角状置于膜片边沿。电压由交叉管1和3加进，反映压力的敏感电阻上形成的电压由交叉2，4脚输出，外接电阻用于温度补偿。

　　MPX700DP传感器的电源电压为3V，在任何情况下不要超过6V。当压力端口的压力高于真空端口的压力时，出现在2，4真个压差电压为正。当采用3V电源供电时，标称满量程电压输出为60MV。

　　当零压力加于传感器上时，仍存在一些输出电压，这个电压称为零点偏差。对于MPX700系列传感器，零点偏差电压在0-35MV范围内。零点偏差电压可由合适的仪表放大器通过调零解决。输出电压随输进压力而线性变化。

　　(2)温度补偿

　　输出电压受环境温度的影响，为此需进行一定补偿。温度补偿的方法较多，最简单的方法是在传感器与电阻之间串联电阻。图5所示为数字丈量仪电路原理图，其中R5和R13为温度补偿电阻，在0-80的温度范围内可获得满足的补偿效果。由于传感器的桥驱动电压要求为3V左右，所以在电路串联电阻后，既起到温度补偿的效果，又可对电源电压降压以满足传感器的电压要求。