![常用传感器技术及应用(第2版)](https://wfqqreader-1252317822.image.myqcloud.com/cover/263/33831263/b_33831263.jpg)
模块详解
1.压力桥式电路
由电阻应变片构成的压力桥式电路如图5-2所示,桥臂的三个电阻固定阻值均为20kΩ,仿真中用可调电位器来代替电阻应变片。测量时,当电阻应变片受到压力变化时,其电阻值会发生相应的变化,从而导致桥上的电压发生变化,产生一个电压差信号。
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图5-2 压力桥式电路图
压阻式应变压力传感器主要由电阻应变片按照惠斯通电桥原理组成。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换为电信号的敏感器件。它是压阻式应变压力传感器的主要组成部分之一。应用最多的电阻应变片是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常将应变片通过特殊的黏合剂紧密地黏合在产生力学应变基体上,当基体受力发生应力变化时,电阻应变片也一起产生形变,使应变片的阻值发生改变,从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小,一般这种应变片组成应变电桥,并通过后续的仪表放大器进行放大,再传输给处理电路显示或传输给执行机构。
2.仪用放大电路
仪用放大电路具有能够消除任何共模信号(两输入端的电位相同)而放大差模信号(两输入端的电位不同)的特性。
仪用放大器由两个独立的部分组成,即输入级和输出级,其是在差动放大器的基础上发展起来的一种比较完善的放大器。作为已成型的仪用放大器,其内部由三个运放和一些精密电阻构成,电路原理如图5-3所示。U1∶A、U1∶B是高输入阻抗同相放大器,U1∶C是差动放大器。
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图5-3 仪用放大电路原理图
其中,RV2是增益调整电阻,通过改变它可以方便地调整放大器的增益,同时因为电路对称,调整时不会造成共模抑制比的降低。因为它有强抗共模干扰、低温漂、高稳定增益特性,所以在微弱信号检测中被广泛应用。经过计算,此电路的放大倍数为1+2R2/RV2。计算可知最终输出电压为Uo。
3.不平衡电压调整电路
当前面的桥式电路输出的电压差为零时,此时电路的最终输出电压也应该为零,但在实际应用中,可能并不是这样的,所以需要增加一个不平衡电压调整电路。当电压差信号为零时,调节电位器RV1,使得输出电压为零,这样的测量会更加准确,如图5-4所示。
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图5-4 不平衡电压调整电路原理图
电阻应变片压力电桥测量电路原理图如图5-5所示,实际电路板中的KP1部分由排针引出,所对应的部分是图5-2所示的电路,它是由一个电阻应变片及三个电阻组成的压力测量电桥。
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图5-5 电阻应变片压力电桥测量电路原理图
在进行电路仿真前,压力桥式电路无须调节电位器,只需要调节不平稳电压调整电路,使最终输出的电压值为0V即可,如图5-6所示。
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图5-6 电阻应变片压力电桥测量仿真电路图1
下面调节压力桥式电路部分,通过改变压力桥式电路中的电位器,来模拟压力传感器所受到的压力,对应电路输出电压值也在改变,如图5-7所示。此时的电压为2.45V。
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图5-7 电阻应变片压力电桥测量仿真电路图2