CN102156019B - 压力传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压力传感器，主要包含一压力感测单元以及一温度补偿单元。所述压力感测单元包含一由四组电阻组成之电桥，其具有一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端以及一第二输出端。所述温度补偿单元具有一定电流源与一电压调整电路，所述定电流源与所述第二输入端耦接，并输出一定电流，而所述电压调整电路则耦接于所述第一输入端与所述第二输入端之间。当温度变化改变所述电桥之四组电阻阻值时，由于所述电桥具有一定电流之输入，故所述电压调整电路即会改变所述第一输入端与所述第二输入端之间的电压，使流经所述电桥之电流与所述定电流相同，以对压力传感器进行温度变化之零点飘移补偿。

Description

压力传感器

技术领域

本发明涉及一种压力传感器，尤其涉及一种可达到温度变化补偿之压力传感器。

背景技术

在微细加工技术所制造之组件中，压力传感器应用极为广泛，其已大量应用于汽车、医疗、工业测量、自动控制及各种电子产品上。以电子血压计来说，其主要的目的在于将血压这个物理量转换成电压的讯号，其工作原理是透过充气泵的充气、漏气来调整气体的压力，因为压力让压力传感器内部的材料发生形变，再经过惠司同电桥后反应出相对的电压差，反过来亦可以从其电压的变化知道当时的压力。当压力传感器经由线性充放气的控制时会有直流的电压变化，若将压力传感器得来的讯号做一定比例的放大，可发现压力在收缩压与舒张压之间，示波器将另显示交流的讯号。此时可将讯号分为二处，其一经高通滤波器，所以当收缩压与舒张压发生的时候，相对交流讯号也发生；那么相对应另一经由低通滤波器的讯号(也就是当时的压力)，这样就可以得知使用者的收缩压及舒张压了。

然而，由于室温以及人体温度的关系，将使惠司同电桥上的电阻值改变，造成零点飘移的现象，进而影响电子血压计的准确度。传统压力传感器的温度补偿方式是采用热敏电阻分压方式设计，当温度改变时，热敏电阻阻值将会改变，其分压电压亦随之改变，电子血压计之微控制单元就会依据电压变化换算成温度变化，再利用计算出的温度变化或查表方式(lookup table)来补偿压力值。然而，此补偿方式不但占用微控制单元的资源，且因热敏电阻阻值与温度变化并非线性关系以及热敏电阻阻值误差大的关系，虽可降低温度变化造成的量测误差，但其准确度难以堪称精确。

因此，如何在不占用微控制器过多资源的前提下，又能对压力传感器进行温度改变之零点飘移补偿，实为一具有意义的思考方向。

发明内容

本发明之主要目的，在于提供一种压力传感器，以达到对温度变化进行零点飘移补偿之功效。

为达上述目的，本发明之技术方案如下：

一种压力传感器，包含一压力感测单元以及一温度补偿单元，该压力感测单元包含一由四组电阻组成之电桥，具有一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端及一第二输出端；该温度补偿单元具有一定电流源与一电压调整电路，该定电流源系与该第二输入端耦接，并输出一定电流；该电压调整电路系耦接于该第一输入端与该第二输入端之间；其中，当温度变化改变该电桥之四组电阻阻值时，该电压调整电路即会改变该第一输入端与该第二输入端之间的电压，使流经该电桥之电流与该定电流相同。

于上述压力传感器中，其中该第一输入端与该第二输入端系位于该电桥的相对端节点，且该第一输出端与该第二输出端系位于该电桥的相对端节点。

于上述压力传感器中，其中该四组电阻之阻值均为相同。

于上述压力传感器中，其中该电压调整电路之回授输入端与该第二输入端耦接，该电压调整电路之输出端与该第一输入端耦接。

于上述压力传感器中，其中该电压调整电路包含有一误差放大器与一第一晶体管开关，该误差放大器之一输入端接收一参考电压，另一输入端则与该回授输入端耦接；该误差放大器之输出端与该第一晶体管开关之闸极端耦接，该第一晶体管开关之源极端与一外部电源耦接，该第一晶体管开关之汲极端与该第一输入端耦接。

于上述压力传感器中，其中该电压调整电路更包含有一电流限制电路，该电流限制电路系接收一致能讯号，并输出一控制讯号至该误差放大器之电源输入端。

于上述压力传感器中，其中该电压调整电路更包含有一过热保护电路，系与该误差放大器耦接。

附图说明

下面结合附图对本发明的压力传感器作进一步说明。

图1为本发明压力传感器之电路方块图；

图2为本发明之一种电压调整电路之电路方块图；

图3为本发明之另一种电压调整电路之电路方块图；

图4为本发明电压调整电路之波形图。

具体实施方式

本发明之压力传感器主要系使用于电子血压计上，亦可使用于其它需要感测压力的仪器上。因此下列说明虽以电子血压计作为实施例，但并非限定仅能应用于电子血压计上。

参阅图1，系为本发明压力传感器之电路方块图，本发明之压力传感器10主要包含一压力感测单元11以及一温度补偿单元12，并利用一外部电源20提供其操作时所需要的电力。该压力感测单元11包含一由四组电阻R1～R4组成之电桥，具有一第一输入端A、一第二输入端B、一第一输出端C以及一第二输出端D。其中，该第一输入端A与该第二输入端B系位于该电桥的相对端节点，且该第一输出端C与该第二输出端D系位于该电桥的相对端节点。该温度补偿单元12具有一定电流源121与一电压调整电路122。该定电流源121与该第二输入端B耦接，并输出一定电流；该电压调整电路122系耦接于该第一输入端A与该第二输入端B之间。

当该压力传感器10应用于电子血压计上并与使用者皮肤接触时，使用者的脉搏强度(血压)就会被该压力传感器10侦测到，此时，电阻R1与电阻R2间之第一电位Vc以及电阻R3与电阻R4间之第二电位Vd沿相反方向变化，即当Vc与Vd中一个增加时，另一个则下降。因此，第一电位Vc和第二电位Vd之间之电位差Vcd会相应于脉搏强度(血压)而变化。该压力感测单元(电桥)11之电阻与电压关系满足下列关系式：

Vo＝(R1*R4-R2*R3)Vin/(R1+R2)(R3+R4)      (1)

于本发明中，四组电阻R1～R4之阻值均相同，即R1＝R2＝R3＝R4＝R，故当压力传感器10因脉搏强度(血压)之变化产生ΔR之微小变化时，(1)式可化简如下：

Vo＝(R+RΔR-R)Vin/(2R+ΔR)2R≒ΔRVin/R    (2)

由(2)式可看出，当压阻变化ΔR/R越大时，Vo之改变量随之变化也越大，则脉搏强度(血压)测量之精密度便越高。然而，当温度变化时，四组电阻R1～R4之阻值R也会跟着改变，将造成压阻变化ΔR/R的零点漂移而使Vo值失真，并使脉搏强度(血压)测量结果不精准。本发明中之温度补偿单元12即针对温度变化来对此零点漂移现象进行补偿，使脉搏强度(血压)测量的结果不会受到温度变化所影响。

当温度变化改变该压力感测单元(电桥)11之四组电阻阻值时，由于该温度补偿单元12具有定电流源121的关系，为使第一输入端A具有一定电流输出，该电压调整电路122即会根据该压力感测单元(电桥)11之四组电阻阻值的变化量来改变该第一输入端A与该第二输入端B之间的电压，使流经该压力感测单元(电桥)11之电流与该定电流相同。如此一来，温度变化造成压力传感器10零点漂移的现象即可以被补偿。

参阅图2，系为本发明之一种电压调整电路之电路方块图，同时参阅图1，该电压调整电路122之回授输入端FB与该第二输入端B耦接，其输出端Vout与该第一输入端A耦接，即回授输入端FB接收该压力感测单元(电桥)11以及该定电流源121间之分压电压。当温度变化改变该压力感测单元(电桥)11之四组电阻阻值时，电压Vout(即第一输入端A之电压)会经过该压力感测单元(电桥)11以及该定电流源121的分压而自该电压调整电路122之回授输入端FB输入。若自该电压调整电路122之回授输入端FB输入之电压高于一参考电压时，该电压调整电路122就会降低第一输入端A的电压值(即Vout)；若自该电压调整电路122之回授输入端FB输入之电压低于该参考电压时，该电压调整电路122就会提高第一输入端A的电压值(即Vout)，以使第二输入端B具有一定电流输出，以补偿压力传感器10的零点漂移现象。

参阅图3，系为本发明之另一种电压调整电路之电路方块图，该电压调整电路122包含有一误差放大器1222与一第一晶体管开关(PMOS晶体管)T1。该误差放大器1222系之一输入端(-)接收一由参考电压产生器1221输出之参考电压Vref，另一输入端(+)则与该回授输入端FB(示于图2)耦接，接收一回授电压Vfb。该误差放大器1222之输出端与该第一晶体管开关T1之闸极端耦接，该第一晶体管开关T1之源极(Source)端与该外部电源20(示于图1)耦接，以提供操作时所需的电力。该第一晶体管开关T1之汲极(Drain)端则与该第一输入端A(示于图1)耦接。

参阅图4，为本发明电压调整电路波形图，若自该电压调整电路122之回授输入端FB输入之电压Vfb高于该参考电压Vref时，该误差放大器1222之输出电压Vg就会是一高逻辑准位，就会将该第一晶体管开关T1关闭，以降低该电压调整电路122之输出电压Vout(即第一输入端A之电压)。若自该电压调整电路122之回授输入端FB输入之电压Vfb低于该参考电压Vref时，该误差放大器1222之输出电压Vg就会是一低逻辑准位，就会将该第一晶体管开关T1导通，以提高该电压调整电路122之输出电压Vout(即第一输入端A之电压)。

此外，该电压调整电路122更包含有一电流限制电路1223，该电流限制电路1223系接收一致能讯号EN，并输出一控制讯号Vcl至该误差放大器1222之电源输入端，以限制该误差放大器1222之输入电流必须低于一默认值。

另，该电压调整电路122更包含有一过热保护电路1224，系与该误差放大器1222耦接。当该电压调整电路122发生过电流(短路或过热)状况时，过热保护电路1224就会输出一保护讯号Vpr，以关闭该误差放大器1222的操作，即停止该电压调整电路122调整电压Vout的操作。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，当然可作些许之更动与润饰，因此本发明之保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (6)

1.一种压力传感器，其特征在于包含：

一压力感测单元，含有一由四组电阻组成之电桥，其具有一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端及一第二输出端；以及

一温度补偿单元，具有：

一定电流源，系与所述第二输入端耦接，并输出一定电流；以及

一电压调整电路，系耦接于所述第一输入端与所述第二输入端之间，所述电压调整电路之回授输入端与所述第二输入端耦接，所述电压调整电路之输出端与所述第一输入端耦接；

其中，当温度变化改变所述电桥之四组电阻阻值时，所述电压调整电路即会改变所述第一输入端与所述第二输入端之间的电压，使流经所述电桥之电流与所述定电流相同。

2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于所述第一输入端与所述第二输入端系位于所述电桥的相对端节点，且所述第一输出端与所述第二输出端系位于所述电桥的相对端节点。

3.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于所述四组电阻之阻值均为相同。

4.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于所述电压调整电路包含有一误差放大器与一第一晶体管开关，所述误差放大器之一输入端接收一参考电压，另一输入端则与所述回授输入端耦接，所述误差放大器之输出端与所述第一晶体管开关之闸极端耦接，所述第一晶体管开关之源极端与一外部电源耦接，且所述第一晶体管开关之汲极端与所述第一输入端耦接。

5.根据权利要求4所述的压力传感器，其特征在于所述电压调整电路更包含有一电流限制电路，所述电流限制电路系接收一致能讯号，并输出一控制讯号至所述误差放大器之电源输入端。

6.根据权利要求4所述的压力传感器，其特征在于所述电压调整电路更包含有一过热保护电路，系与所述误差放大器耦接。

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