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LCR数字电桥中的压力传感器实例

发表时间:2013-09-03  |  点击率:941

1、数字电桥在此给出一个压力传感器的实例,其所涉及的原理适用于任何使用类似电桥的传感器。公式1给出了一个原始的压力传感器的输出模型。其中,VOUT在给定压力P下具有很宽的变化范围,不同传感器在同一温度下,或者同一传感器在不同温度下,其VOUT都 有所不同。因此要提供一个一致的、有意义的输出,每个传感器都必须进行校正,以补偿器件之间的差异和温度漂移。长期以来,校准都是通过模拟电路进行的。然而,现代电子学的进展使得数字校准比模拟校准更具成本效益,而且其准确性也更好。此外,利用一些模拟技术“窍门”,数字电桥可以在不牺牲精度的前提下简化数字校准。

VOUT=VB(PS0(1+S1(T-T0))+U0+U1(T-T0)) 1

 

2、式中,VOUT为电桥输出,VB是电桥的激励电压,P是外加压力,T0是参考温度,S0T0温度下的灵敏度,S1是灵敏度的温度系数(TCS)U0是在无压力情况下电桥在温度T0时的输出偏移量或失衡,而U1则是偏移量的温度系数(OTC)。公式(1)使用一次多项公式来对传感器进行建模,而有些应用场合可能会用到高次多项公式、分段线性技术或者分段二次逼近模型,并为其中的系数建立一个查寻表。无论使用哪种模型,数字校准时都要对VOUTVBT进行数字化,同时要采用某种方公式来确定全部系数并进行必要的计算。公式(2)由公式(1)变化所得,从中可清楚地看到,数字电桥通过数字计算通常由微控制器(MCU)执行而输出压力值所需的信息。

P=(VOUT/VB-U0-U1(T-T0))/(S0(1+S1(T-T0))  (2)

一个高精度ADC先对VOUT (AIN1/AIN2)、温度(AIN3/AIN4)VB (AIN5/AIN6)进行数字化,这些测量值随后被传送到MCU,在那里转换成实际的压力。电桥直接由电源驱动,电源同时也为ADC、电压基准源和MCU供电。电阻公式温度检测器Rt用来测量温度,ADC内的输入复用器同时测量电桥、RTD和电源电压。为确定校准系数,整个系统或至少是RTD和电桥被放到恒温箱里,在多个不同温度下进行测量。数字电桥测量数据通过测试系统进行处理,以确定校准系数,zui终的系数被下载到MCU并存储到非易失性存储器中。