/view-336-1.html 应变式压力传感器的补偿及信号调理电路的设计_江苏创辉自动化仪表有限公司 - 伯爵娱乐,伯爵娱乐注册

压力变送器领导品牌--江苏创辉仪表欢迎您,压力变送器,差压变送器制造创领者!

中国优秀的压力变送器研发生产企业

中国压力变送器客户最信赖品牌

全国销售服务热线

0517-86881563

当前位置: 创辉仪表 > 新闻资讯 >

新闻资讯

应变式压力传感器的补偿及信号调理电路的设计

来源:江苏创辉自动化仪表有限公司 时间:2018-10-11
1、引言
应变式压力传感器主要由弹性体、敏感元件及转换电路组成,其工作原理是弹性体将感受到的应变转换成敏感栅电阻的变化,再通过路桥把电阻变化转换成电压变化输出给信号调理电路。因其结构简单、精度高、适应恶劣环境等优点,所以广泛用于国防、冶金、化工等领域。但在制作的过程中,需要处理好传感器的零点、温度等补偿及对弱信号进行调理、放大的问题,才能制作出精度高、性能稳定的压力传感器。

2、应变式压力传感器的结构
压力传感器采用是圆膜应变式结构。应变计粘贴在弹性体上,组成惠斯登全桥电路,把感受的压力应变量转换成桥路的电量变化,输出电压和压力成定比例关系,测量电路再把输出信号进行调理和转换,终将转换成电压获电流输出。压力传感器主要由接头、弹性体、胶粘剂、应变计、引线转接端子、上盖、螺钉、航空插头插座和四芯电缆组成。结构示意图见图1
通常应变压力传感器选用的是四个阻值全相同的应变计构成全桥电路,理论上,当传感器没有感受压力时,其输出应该是岑,但由于应变计的制造和粘贴等因素的原因,应变计的阻值不可能完全对称,所以传感器零点输出不会是零,同时,当环境温度发生变化时,应变计敏感栅材料的电阻温度系数不同,应变计和弹性体的温度膨胀系数的不同,致使应变计的阻值发生变化,从而使传感器的零点和满量程输出也随温度发生变化,因此,在压力传感器的制作过程中,零点补偿、温度性能补偿是必不可少的过程。

3、传感器的补偿
3.1传感器零位补偿
压力传感器上粘贴有四片电阻应变计,构成惠斯登电桥进行测试的(见图2)
贴片时选用电阻值一致的应变计贴在同一弹性体上。但由于应变计电阻值难免仍有偏差,且安装、热处理、接线等因素,也会影响阻值变化,使得电桥存在一定的初始不平衡,即传感器会有一个零位输出值Δ山。为把Δu控制在一定范围内,需要对传感器进行零位补偿。零位补偿的办法是在适当桥臂串入一个电阻为r的岺位补偿片来灾现的。ro的大小由公式(1)决定。
r0—零位补偿片电阻值;
V——桥压;
△u0零位输出值;
R——桥臂电阻标称值。
3.2传感器零点温度补偿
在理想情况下,传感器的零点输出是不受温度影响的,但实际情况并非如此,由于应变计的分散度,粘贴工艺的不一致及焊点、引线长短等诸多因素的影响,使得传感器的零点输出在温度变化时产生漂移,而每个传感器漂移的程度各不一样,特别是高温环境热零点漂移更显著,所以要将传感器的零点输出温度漂移挖制在较小的范围内,才有可能使传感器在变温环境中具有优良的稳定性。温度补偿的方法是先实测出传感器在环境温
度变化△t的情况下的温漂△ut,然后在电桥的适当桥臂串入温度补偿片(见图2)。温度补偿片的电阻值r1由公式(2)决定。
rt温度补偿片电阻值:△ur—电桥在温差△t时的
温漂;V—桥压;a—温度补偿片电阻温度系数;
R—桥臂电阻标称值:Δt—温度变化量。
3.3传感器灵敏度补偿
温度变化时,灵敏度也会随之改变,这是由于弹性体材料的弹性模量的温度系数和膨胀系数及灵敏度都随温度变化所致,当环境温度升高,传感器的灵敏度要增高,给压力测量带来误差,解决的方法是在电桥的输入端串接一个专用补偿电阻re,为保证桥路对称,该电阳一般将re/2分别介入桥路输入高、低端(见图2)。当温度升高时,re变大,桥压降低,电桥输出随温度升高而减少,这起到了对输出灵敏度补偿的作用,re由公式(3)决定
ae—弹性体E的温度系数
ak—应变计灵敏度K的温度系数
am—补偿电阻材料的电阻温度系数
3.4信号调理电路的设计
应变式压力传感器属于高内阻传感器,由于测量条件、环境肯景、外界温度等诸多因素的限制和影响,备测信号十分微弱,无用的共模成分又远大于差模信号,各种干扰、噪声乘虚而入,因而应变式压力传感器往往是应用在强噪声背景下的低频弱信号的测量,为此,对前置放大器提出一系列的要求,要求电路具备高输入阻抗、高增益、高共模抑制比、低漂移、低噪声、低输出电阻等。美国AD公司生产的AD624仪表放大器是一种低噪结合的器件,已越来越多地用于高精度传感器前置放大器电路的设计之中。
 
4、应变式传感器放大电路的设计
日前,已越来越多地用作对传感器输出的低电平信号进行缓冲和放大。下图是应用AD624对传感器桥路输出的差分电压信号进行调节放大而设计的电路原理图。在实际应用中,典型的高精度应变式传感器往往配置成35092电桥,传感器10V电桥电压是由带有用作缓冲器的OP177和2N29A的AD588精密电压基准进行激励的,2N2219A处在OP177反馈环内,并为桥路提供所需的电桥驱动电流。设计者可以根据实际需要,通过Rc的选择来调整AD624的增益,为了给AD624提供较为准确的增益,R应该使用精度为01%1%温度系数小于10pm/℃的精密电阻。另外,在该电路的设计中,所使用的关键电阻器和放大器的数量均减少到了ZUI低限度,
使整个执行过程的精度和稳定性较高。

5、结论
我们研制的应变式压力传感器,在制作中应用了以上介绍的零位输出和温漂的补偿技术,在信号调理电路中采用了以AD624为核心芯片的设计方案,经过一年的稳定性考核和对比实验,线性、重复性、滞后三项综合性能从03%FS提高到01%FS,零点温漂从1%FS提高到03%FS,零位输出误差由1%FS~3%FS/年提高到0.3%FS/年0.5%FS/年,由此证明,系统的综合精度及长期稳定性均得到显著的提高。
0517-86881563
立即咨询
客服中心

客户服务热线

153-5866-7860

展开客服