《電子技術應用》
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恒定電流驅動的電橋式傳感器驅動/放大電路
摘要: 應變儀、磁性電阻元件、半導體壓力傳感器等以電橋方式工作是很常見的。置方式有平衡驅動和方法又抱括恒壓驅動和恒流驅動。本電路用數MA的恒定電流使傳感器不平衡置偏,由儀表放大器接收。傳感器采用擴散式壓力傳感器P-3000S-102G,壓力范圍為0~1KG/CM2。
Abstract:
Key words :
 

電路的功能

應變儀、磁性電阻元件、半導體壓力傳感器等以電橋方式工作是很常見的。置方式有平衡驅動和方法又抱括恒壓驅動和恒流驅動。本電路用數MA的恒定電流使傳感器不平衡置偏,由儀表放大器接收。傳感器采用擴散式壓力傳感器P-3000S-102G,壓力范圍為0~1KG/CM2。

電路工作原理

OP放大器A1為恒流輸出電路,電流大小由基準電壓VZ和傳感電阻決定,本電路用可變電阻的最大阻,否則OP放大器輸出會飽和、使工作不穩定。電橋電阻為為4.7K±30%,如果有1.5MA的偏流流過,就會產生最大為9.165V的等效電壓,A1必須輸出10.425V的電壓,該電壓是傳感電壓與電橋等效電壓相加。調零方法是使電橋略不平衡,輸出一定的電壓進行調零。如果用下一級儀表放大器進行調零也行。平衡輸入放大器加了濾除高頻噪聲的緩沖濾波器,時間常數根據最高響應頻率確定。

儀表放大器為標準構成方式,該電路的增益AV由AV=1+(2R3/RG)決定,傳感器輸出靈敏度為100±30MV/FS,要使輸出端獲得0~+1V的電壓,AV應等于7.7~14.3倍。RO的計算方法根據上面的公式為RO=2RS/(AV-1),所以RO=1.5~3K,考慮少許余量,在1K上串聯一個2K的可變電阻。

調整

在傳感器不加壓情況下,調節VR1使偏流IB為1.5MA。斷開傳感器的一端,接上測量電流用的跨接線,對電流進行測量。沒有必須進行準確的調節,可把VR1換成固定電阻。

用VR2調零,為了使變化范圍不超出要求。R3、R4應盡量采用高阻值。最后給傳感施加KG/CM2的壓力,調整VR3直到輸出端電壓等于1.000V為止。為慎重起見,應收集0~1KG/CM2范圍內的數據,并記錄線性誤差。

設計要點

采用半導體器件的傳感器必定有溫度系數,如果是P-3000S,用激光來微調厚膜電阻使具有較小的溫度系數。但進行高精度測量時,必須考慮采用溫度補償電路問題,采取簡單方法可用熱敏電阻與RO串聯,連升降環境溫度,邊進行調整。

這里采用了完善的差動放大電路,人們往往認為電路應具有低漂移特性,其實傳感器輸出為100MV/FS時,采用普通OP放大器就已是夠了。

元件的選擇

盡管所采用的傳感器在元件表中沒有列出,但如果是P3000S-102G,根據漂移等級,應在±0.02/0.04/0.1%FS中挑選。

基準電壓二極管必須選用1.2V的產品。

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