恒定電流驅(qū)動的電橋式傳感器驅(qū)動/放大電路工作原理分析

電路的功能

應(yīng)變儀、磁性電阻元件、半導(dǎo)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(qū)動和方法又抱括恒壓驅(qū)動和恒流驅(qū)動。本電路用數(shù)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(kuò)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(zhǔn)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(wěn)定。電橋電阻為為4.7K±30%，如果有1.5MA的偏流流過，就會產(chǎn)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(diào)零方法是使電橋略不平衡，輸出一定的電壓進(jìn)行調(diào)零。如果用下一級儀表放大器進(jìn)行調(diào)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(shù)根據(jù)最高響應(yīng)頻率確定。

儀表放大器為標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)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(yīng)等于7.7~14.3倍。RO的計算方法根據(jù)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(lián)一個2K的可變電阻。

調(diào)整

在傳感器不加壓情況下，調(diào)節(jié)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(jìn)行測量。沒有必須進(jìn)行準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)，可把VR1換成固定電阻。

用VR2調(diào)零，為了使變化范圍不超出要求。R3、R4應(yīng)盡量采用高阻值。最后給傳感施加KG/CM2的壓力，調(diào)整VR3直到輸出端電壓等于1.000V為止。為慎重起見，應(yīng)收集0~1KG/CM2范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，并記錄線性誤差。

設(shè)計要點(diǎn)

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

這里采用了完善的差動放大電路，人們往往認(rèn)為電路應(yīng)具有低漂移特性，其實(shí)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(jù)漂移等級，應(yīng)在±0.02/0.04/0.1%FS中挑選。

基準(zhǔn)電壓二極管必須選用1.2V的產(chǎn)品。