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惠斯顿电桥压力传感器偏移和增益误差

发布时间:2020-10-13 07:55人气:

许多压力传感器使用微机电系统(MEMS)技术,它们由4个采用惠斯顿电桥结构连接的压敏电阻组成。当这些传感器上没有压力时,桥中的所有电阻值都是相等的。当有外力施加于电桥时,两个相向电阻的阻值将增加,而另两个电阻的阻值将减小,而且增加和减小的阻值彼此相等。
沧正压力传感器CAZF-Y15
  遗憾的是,事情并非如此简单,因为压力传感器存在偏移和增益误差。偏移误差是指没有压力施加于压力传感器时存在输出;增益误差指传感器输出相对于施加于压力传感器外力的敏感程度。典型压力传感器一般规定激励电压为5V,具有2mV/V的标称满刻度输出。这意味着在激励电压为5V时,标称满刻度输出为:2 mV/V × 5 V = 10 mV,偏移电压可能是0.1mV,或满刻度的1%;最小和最大满刻度输出电压可能是5mV和15mV,或标称满刻度的±50%。
  假设两个电阻串联形成电阻串,由于是等值电阻,因此两电阻间的节点电压是电阻串电压的一半。如果一个电阻值增加1%,另一个电阻减小1%,那么两个电阻节点处的电压将改变1%。如果将两个电阻串进行并联,左边下方的电阻和右边上方的电阻阻值均减小1%,另外两个电阻增加1%,那么两个“中”点间的电压将从零差值变为改变2%。两个并行分支的这种配置就被称为惠斯顿桥。
  如果不了解偏移以及压力传感器输出电压和压力之间的真实关系,我们就只能粗略估计施加于压力传感器上的压力大小。这意味着需要采样校准的方法来获得更好的精度。幸运的是,给定压力传感器的偏移和满刻度误差随时间变化相当稳定,因此一旦压力传感器得到校准,在该压力传感器生命期内可能无需改变校准系数就能满足精度要求。当然,在每次上电时通常需要再次校准系统。
  基本信号调节电路由一个仪表放大器和一个模数转换器(ADC)组成。仪表放大器将来自传感器的小输出电压放大到适合ADC的电平,然后由ADC将放大后的传感器输出电压转换为数字式,再交给控制器或DSP处理。仪表放大器可以用来避免桥过载,而这种过载会改变传感器输出电压值。
  传感器的满刻度输出即最大输入,能够在放大器输入端看到。当传感器输出处于满刻度时,ADC输入应该接近其满刻度值,这个值通常就是ADC的参考电压VREF。更多压力传感器相关文章请访问沧正传感http://www.cazsensor.com

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