恒定电流驱动的电桥式传感器驱动

2017-03-16 94 0

电路的功能:应变仪、磁性电阻元件、半导体压力传感器等以电桥方式工作是很常见的,其驱动方式又包括恒压驱动和恒流驱动。本电路用数毫安的恒定电流使传感器不平衡置偏,由仪表放大器接收。传感器采用扩散式压力传感器 P-3000S-102G,压力范围为 0~1 kg/cm²。

电路工作原理:OP 放大器 A1 为恒流输出电路,电流大小由基准电压 VZ 和传感电阻决定,本电路用可变电阻限制最大阻值,否则 OP 放大器输出会饱和、使工作不稳定。电桥电阻为 4.7 kΩ±30%,如果有 1.5 mA 的偏流流过,就会产生最大 9.16 V 的等效电压,A1 必须输出 10.425 V 的电压,该电压是传感电压与电桥等效电压相加。调零方法是使电桥略不平衡、输出一定的电压进行调零,如果用下一级仪表放大器进行调零也行。平衡输入放大器加了滤除高频噪声的缓冲滤波器,时间常数根据最高响应频率确定。

仪表放大器为标准构成方式,该电路的增益 AV 由 AV=1+(2R3/RG) 决定。传感器输出灵敏度为 100±30 mV/FS,要使输出端获得 0~+1 V 的电压,AV 应等于 7.7~14.3 倍。RG 的计算方法根据上面的公式为 RG=2Rs/(AV-1),所以 RG=1.5~3 kΩ,考虑少许余量,在 1 kΩ 上串联一个 2 kΩ 的可变电阻。

调整:在传感器不加压情况下,调节 VR1 使偏流 IB 为 1.5 mA。断开传感器的一端,接上测量电流用的跨接线对电流进行测量,不必须进行准确的调节,可把 VR1 换成固定电阻。用 VR2 调零,为了使变化范围不超出要求,R3、R4 应尽量采用高阻值。最后给传感器施加 1 kg/cm² 的压力,调整 VR3 直到输出端电压等于 1.000 V 为止。为慎重起见,应收集 0~1 kg/cm² 范围内的数据,并记录线性误差。

设计要点:采用半导体器件的传感器必定有温度系数。如果是 P-3000S,用激光来微调厚膜电阻使具有较小的温度系数。但进行高精度测量时必须考虑采用温度补偿电路的问题,采取简单方法可用热敏电阻与 RG 串联,边升降环境温度边进行调整。

这里采用了完善的差动放大电路,人们往往认为电路应具有低漂移特性,其实传感器输出为 100 mV/FS 时,采用普通 OP 放大器就已足够了。元件选择:所采用的传感器如果是 P3000S-102G,根据漂移等级应在 ±0.02/0.04/0.1%FS 中挑选,基准电压二极管必须选用 1.2 V 的产品。

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