发布时间:2024-06-13
在现代工业控制和系统监测领域,通常需要监测、测量压力和重量。由于压力可直接用来测量流体、高度及其它物理量,压力测量尤其重要。由于加载是影响传感器输出的一项属性,压力、重量测量装置可以看作是“加载传感器”。加载传感器的应用非常广泛,包括从真空计到重型机械称重,以及工业液压设备、绝对压力等各个领域。每种应用对精度、准确度和成本都有不同的具体需求。虽然压力和重量(加载/感应)的测量方法和技术有许多,但最常用的测量装置是应力计。
最常见的应力计有两种:一种是压力传感器大多采用的金属箔;另一种是基于半导体的压阻式压力传感器,广泛用于压力测量。相对于金属箔压力传感器,压阻式压力传感器灵敏度更高,线性度也更好,但容易受温度的影响,并有一定的初始偏差。
压力传感器信号链路必须能够处理带有噪声的弱信号。为了准确测量电阻式压力传感器输出电压的变化,电路必须具备以下功能:激励、放大、滤波和采集。有些解决方案可能还要求采用数字信号处理(DSP)技术对信号进行处理、误差补偿、数字放大以及用户可编程操作。
有些设计中,压力传感器输出电压范围非常小,要求分辨率达到nV级。这种情况下,在将传感器输出信号送至ADC输入之前,必须对信号进行放大。为了防止 放大阶段引入误差,需要选择低失调电压(VOS)、低温漂的低噪声放大器。惠斯通电桥的缺点是共模电压远远大于有用信号。这意味着LNA还必须具有非常高 的共模抑制比(CMRR),通常大于100dB。如果采用单端ADC,则需附加电路在数据采集之前消除较高的共模电压。
具有极低温漂的高精度、稳定的电压或电流源常常用作压力传感器激励。压力传感器输出与激励源成比例(往往以mV/V表示)。因此,设计时,模/数转换器和激励电路通常采用一个公共基准,或者将激励电压作为ADC的基准。可以利用附加的ADC通道精确测量激励电压。
常见的信号调理器有两种类型:模拟信号通路的调理器(模拟调理器)和数字信号通路的调理器(数字调理器)。模拟调理器的响应时间较快,提供连续的输 出信号,反映输入信号的实时变化。它们通常采用硬件补偿机制(不够灵活)。数字调理器往往基于微控制器,由于ADC和DSP算法具有一定的执行时间,响应 时间较慢。应该考虑ADC的分辨率,将量化误差降至最小。数字信号调理器的最大好处是提供灵活的补偿算法,可根据用户的应用进行调整。
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