CN203337310U - 一种气压测量电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种气压测量电路，包括：两个具有正压力系数的应变计；两个具有负压力系数的应变计；以及参考电阻器；其中两个具有正压力系数的应变计以及两个具有负压力系数的应变计分别作为相对桥臂而构成桥式电路，该桥式电路的一个端点配置成用于连接电源，相对的另一个端点通过所述参考电阻器接地。按照本实用新型实施例的气压测量电路，使得测量结果不受半导体气压传感器内阻随温度变化的影响，从而获得精确的气压测量结果。
Description
一种气压测量电路
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种测量电路，特别是涉及一种气压测量电路。
背景技术
[0002] 由于半导体气压传感器的内阻随温度变化而变化，导致桥式测量电路的输入内阻发生变化，使得测量结果受温度影响较大，达不到较高的测量精度。例如，半导体气压传感器的内阻r典型值为5K Ω，最大偏差IK Ω，内阻变化率达20%。如此大的内阻变化率必将导致运算放大器的放大倍数A=Rf/ (R+r)发生变化，从而无法达到较高的测量精度。
[0003] 为了解决这个问题，一般会采用恒流源给半导体气压传感器供电。由于任何时候供给半导体气压传感器的电流是恒定的，再配合使用差分输入信号的方式，使得运算放大器的输出与半导体气压传感器的内阻变化无关，从而获得精确的气压测量结果。
[0004] 然而，由于现有技术是使用恒流源给半导体气压传感器供电，导致该方案具有下述缺点:1.一般的恒流源电路是采用运算放大器的电流串联负反馈方式实现，由于运算放大器本身同样存在温度漂移，以及输出失调电压等因素的影响，导致恒流源的输出电流值并不能保证任何时候都一致，而整个气压测量电路又十分依赖恒流源的精度，相当于给测量系统带来一个不稳定的因素；2.恒流源的存在使得电路方案的线路更复杂，增加了测量系统的电路噪声，降低了系统的精度；3.恒流源的存在使得电子元器件增加，进而使产品成本上升,增加了产品生产和调试的难度。
[0005] 因此，需要有一种电路设计，可以省去恒流源，使电路简洁易于生产，并有效降低产品的成本，使整个系统更可靠。
发明内容
[0006] 本实用新型的目的是为了克服现有技术存在的缺陷，提供一种气压测量电路，使得测量结果不受半导体气压传感器内阻随温度变化的影响，从而获得精确的气压测量结果。为了实现这一目的，本实用新型所采取的技术方案如下。
[0007] 按照本实用新型实施例的第一方面，提供一种气压测量电路，包括:两个具有正压力系数的应变计；两个具有负压力系数的应变计；以及参考电阻器；其中两个具有正压力系数的应变计以及两个具有负压力系数的应变计分别作为相对桥臂而构成桥式电路，该桥式电路的一个端点配置成用于连接电源，相对的另一个端点通过所述参考电阻器接地。
[0008] 按照一个实施例，所述桥式电路的另外两个端点配置成作为用于进行模数转换的信号输出端。
[0009] 按照再一个实施例，与所述参考电阻器连接的所述桥式电路的端点配置成作为参考电压输出端。
[0010] 按照另一个实施例，所述应变计为半导体气压应变计。
[0011] 按照又一个实施例，所述两个具有正压力系数的应变计具有基本相同的内阻。
[0012] 按照再又一个实施例，所述两个具有负压力系数的应变计具有基本相同的内阻。[0013] 按照再另一个实施例，所述两个具有正压力系数的应变计和所述两个具有负压力系数的应变计具有基本相同的温度变化系数。
[0014] 按照其他实施例，所述两个具有正压力系数的应变计和所述两个具有负压力系数的应变计具有基本相同的零度时的电阻。
[0015] 下面将结合附图并通过实施例对本实用新型进行具体说明，其中相同或基本相同的部件采用相同的附图标记指示。
附图说明
[0016] 图1是按照本实用新型一个实施例的气压测量电路原理图。
具体实施方式
[0017] 如图1所示，是按照本实用新型一个实施例的气压测量电路原理图。内阻为R1的正压力系数应变计和内阻为R2的负压力系数应变计串联连接，内阻为R3的负压力系数应变计和内阻为R4的正压力系数应变计串联连接，然后两者再并联连接，从而构成两个具有正压力系数的应变计以及两个具有负压力系数的应变计分别作为相对桥臂的桥式电路。当外部施加压力时，Rl和R4电阻增大，而R2和R3电阻减小。
[0018] 该桥式电路的一个端点配置成用于连接电源E+，相对的另一个端点通过参考电阻器1-接地，如图1所示。其中在一个实施例中，两个具有正压力系数的应变计以及两个具有负压力系数的应变计都为半导体气压应变计。于是，该桥式电路另外两个端点S+和S-的电压值分别为:
[0019] Vs+= (Et-V1) X R2/ (¾+¾) +V1，
[0020] Vs_= (Et-V1) X R4/ (R3+R4) +V1。
[0021] 在一个实施例中，选用两个基本相同的具有正压力系数的应变计，以及两个基本相同的具有负压力系数的应变计。由于半导体气压应变计的特性，R1和R4在有外加压力的时候其变化率几乎相同。另外，R2与R3也是基本相同，因此可以认为=R1=R4, R2=R3。
[0022] 此外，假设=Rtl为零度时的电阻，并且Rp R2> R3和R4零度时的电阻都为Rtl ；u为温度系数；(:为温度值；Λ R为有压力时的电阻变化量，并且四个应变计内部电阻变化量可以认为是一致的；R’为传感器的整体电阻；
[0023]贝丨J R1=R4=R0+uC+ Δ R ；
[0024] R2=R3=R0+uC- Δ R ；
[0025]于是，R，= (¾+¾) Il (R3+R4) = (R1+R2) /2=R0+uC ；
[0026] V1=RefXEyor +Ref)。
[0027] 在一个实施例中，把端点S+和S-配置成作为用于进行模数转换的信号输出端，接模数转换器的差分输入端；与参考电阻器Ref连接的桥式电路的端点V1配置成作为参考电压输出端，接参考电压正输入端，参考电压负输入端接地GND，则气压变化的模拟电压信号转为数字信号PN如下:
[0028] PN= (VS+-VSJ /Vl
[0029] = [ (ErV1) X (R2-R4) / (R1+R2) ] /V1 公式 I
[0030] 由于札+民=21?’，R4-R2=2 Δ R，并将V1=RefXEy(RhRef)代入公式1，因此公式I可以化简为:
[0031 ] PN= (Et-V1) X (-2 Δ R) /2R’ X V1
[0032] =- Δ R/Ref。
[0033] 由此可见，按照本实施例的气压测量电路，通过调整模数转换电路的参考电压工作点，使得最终的模数转换输出结果与半导体气压传感器的内阻变化无关，与施加给半导体气压传感器的电压无关，仅与输入的气压有关，从而获得精确的气压测量结果。
[0034] 按照本实用新型实施例的气压测量电路，可以在气压测量时省掉恒流源电路并且不依赖于传感器的供电电压一致性，可大大降低产品对电子电路的依赖程度，有效降低元器件的要求从而降低成本。
[0035] 以上通过具体的实施例对本实用新型进行了说明，但本实用新型并不限于该具体实施例。本领域技术人员应该明白，还可以对本实用新型做各种修改、等同替换、变化等等。但是，这些变换只要未背离本实用新型的精神，都应在本实用新型的保护范围之内。另外，本申请说明书和权利要求书所使用的一些术语，并不是限制，仅仅是为了便于描述。此外，以上多处所述的“一个实施例”、“另一个实施例”等等表示不同的实施例，当然也可以将其全部或部分结合在一个实施例中。
Claims (8)
1.一种气压测量电路，其特征在于，包括: 两个具有正压力系数的应变计； 两个具有负压力系数的应变计；以及 参考电阻器； 其中两个具有正压力系数的应变计以及两个具有负压力系数的应变计分别作为相对桥臂而构成桥式电路，该桥式电路的一个端点配置成用于连接电源，相对的另一个端点通过所述参考电阻器接地。
2.如权利要求1所述的气压测量电路，其特征在于:所述桥式电路的另外两个端点配置成作为用于进行模数转换的信号输出端。
3.如权利要求1或2所述的气压测量电路，其特征在于:与所述参考电阻器连接的所述桥式电路的端点配置成作为参考电压输出端。
4.如权利要求1或2所述的气压测量电路，其特征在于:所述应变计为半导体气压应变计。
5.如权利要求1或2所述的气压测量电路，其特征在于:所述两个具有正压力系数的应变计具有基本相同的内阻。
6.如权利要求1或2所述的气压测量电路，其特征在于:所述两个具有负压力系数的应变计具有基本相同的内阻。
7.如权利要求1或2所述的气压测量电路，其特征在于:所述两个具有正压力系数的应变计和所述两个具有负压力系数的应变计具有基本相同的温度变化系数。
8.如权利要求1或2所述的气压测量电路，其特征在于:所述两个具有正压力系数的应变计和所述两个具有负压力系数的应变计具有基本相同的零度时的电阻。
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| CN111829715A (zh) * | 2019-04-22 | 2020-10-27 | 王久钰 | 基于电桥的压强传感器，压强测量系统以及压强测量方法 |
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