CN209372289U - 一种硅压阻式压力传感器的高精度温度补偿电路 - Google Patents

一种硅压阻式压力传感器的高精度温度补偿电路 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供一种硅压阻式压力传感器的高精度温度补偿电路，包括温控恒压源、零点温漂补偿电路、增益调节电路、零点电压调整电路及减法器，所述零点温漂补偿电路分别与温控恒压源及增益调节电路连接，所述减法器分别与增益调节电路及零点电压调整电路连接。本实用新型还提供一种硅压阻式压力传感器的高精度温度补偿方法，采用全模拟电路的温度补偿方法实现硅压阻式压力传感器‑55℃到125℃全温度范围内0.4％FS精度、输出0.5V～4.5V的要求。

Description

一种硅压阻式压力传感器的高精度温度补偿电路
技术领域
本实用新型涉及电路设计技术领域，尤其涉及一种硅压阻式压力传感器的高精度温度补偿电路。
背景技术
现有硅压阻式压力传感器的温度补偿方法一般分为数字补偿方法和模拟补偿方法。
数字补偿方法：采用专用的压力传感器调理芯片，对温度和压力进行补偿，内置MCU及FLASH存储芯片，其缺点是FLASH储存芯片的温度适应范围比较窄，且存储寿命有时间要求。
模拟补偿方法：现有的模拟方法大多采用两个步骤补偿，先零点补偿，通过在电桥上串并联低温漂电阻使电桥输出至零点，再通过用负温度系数的NTC电阻或二极管进行灵敏度温漂补偿。其缺点是精度只能补偿到1.2％左右，精度较低。
有鉴于此，本实用新型研发出一种硅压阻式压力传感器高精度温度补偿方法，补偿后的压力传感器能在-55℃至125℃温度范围内工作，输出精度小于0.4％FS，本案由此产生。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题之一，在于提供一种硅压阻式压力传感器的高精度温度补偿电路，采用全模拟电路的温度补偿方法实现硅压阻式压力传感器-55℃到125℃全温度范围内0.4％FS精度、输出0.5V～4.5V的要求。
本实用新型要解决的技术问题之一，是这样实现的：
一种硅压阻式压力传感器的高精度温度补偿电路，包括温控恒压源、零点温漂补偿电路、增益调节电路、零点电压调整电路及减法器，所述零点温漂补偿电路分别与温控恒压源及增益调节电路连接，所述减法器分别与增益调节电路及零点电压调整电路连接。
进一步地，所述温控恒压源包括运算放大器U4A、接口P2、PTC热敏电阻RT1、电阻R2、电阻R3、电阻R6、电阻R9、电阻Ra1、电阻Rb1、电阻Rc1、电阻Rd1、电阻RS1、电阻RS2、电阻RS3、电阻RS4、电阻RP1及电阻RP2，所述运算放大器U4A同向输入端分别与电阻R6的一端和电阻R9的一端连接，所述电阻R6的另一端连接至电源，所述运算放大器U4A反向输入端分别与电阻R2的一端和PTC热敏电阻RT1的一端连接，所述PTC热敏电阻RT1的另一端连接至电阻R3的一端，所述运算放大器U4A的输出端分别与电阻R3的另一端、电阻RS1的一端、电阻RS2的一端、电阻Ra1的一端、电阻Rd1的一端和零点温漂补偿电路的输入端的一端点连接，所述接口P2的第四引脚连接至电源，所述接口P2的第一引脚、电阻R9的另一端、电阻R2的另一端、电阻RS3另一端的和电阻RS4的另一端接地；所述接口P2的第二引脚、电阻RS1的另一端、电阻Ra1的另一端、电阻RP1的另一端和电阻Rb1的另一端连接于零点温漂补偿电路的输出端的一端点，所述接口P2的第三引脚、电阻RS2的另一端、电阻Rd1的另一端、电阻RP2的另一端和电阻Rc1的另一端连接于零点温漂补偿电路的输出端的另一端点。
进一步地，所述零点温漂补偿电路包括压力传感器的惠斯通电桥、电阻RS5及电阻RP3，所述惠斯通电桥包括电阻Rq1、电阻Rq2、电阻Rq3及电阻Rq4，所述电阻Rq1、电阻Rq2、电阻Rq3和电阻Rq4首尾依次连接，所述电阻RS5串联于电阻Rq2和电阻Rq3之间，所述电阻RP3并联于电阻Rq4的两端，所述电阻Rq1和电阻Rq4相连的一端连接于增益调节电路的输入端Uin+，所述电阻RS5和电阻Rq3相连的一端连接于增益调节电路的输入端Uin-，所述输入端Uin+还连接于运算放大器U4A的输出端，所述输入端Uin-接地；所述电阻Rq3和电阻Rq4相连的一端连接于温控恒压源的输出端Uo+，所述电阻Rq1和电阻Rq2相连的一端连接于温控恒压源的输出端Uo-，所述输出端Uo+还连接于接口P2的第二引脚、电阻RS1的另一端、电阻Ra1的另一端、电阻RP1的另一端和电阻Rb1的另一端，所述输出端Uo-还连接于接口P2的第三引脚、电阻RS2的另一端、电阻Rd1的另一端、电阻RP2的另一端和电阻Rc1的另一端。
进一步地，所述增益调节电路包括运算放大器U4B、运算放大器U4C、运算放大器U4D、电阻R4、电阻R5、电阻R7、电阻R8、电阻R10、电阻R11及电阻R12，所述运算放大器U4B的同向输入端连接至温控恒压源的输出端Uo-，所述运算放大器U4B的反向输入端分别与电阻R7的一端和电阻R8的一端连接，所述运算放大器U4B的输出端分别与电阻R7的另一端和电阻R4的一端连接，所述运算放大器U4D的同向输入端连接至温控恒压源的输出端Uo+，所述运算放大器U4D的反向输入端分别与电阻R8的另一端和电阻R10的一端连接，所述运算放大器U4D的输出端分别与电阻R10的另一端和电阻R11的一端连接，所述运算放大器U4C的反向输入端分别与电阻R4的另一端和电阻R5的一端连接，所述运算放大器U4C的同向输入端分别与电阻R11的另一端和电阻R12的一端连接，所述电阻R12的另一端接地，所述运算放大器U4C的输出端分别与电阻R5的另一端和减法器连接。
进一步地，所述零点电压调整电路包括运算放大器U5C、电阻R15、电阻R16、电阻R19及电阻R20，所述运算放大器U5C的反向输入端分别与电阻R15的一端和电阻R16的一端连接，所述运算放大器U5C的同向输入端分别电阻R19的一端和电阻R20的一端连接，所述电阻R19的另一端连接至电源，所述电阻R15的另一端和电阻R20的另一端接地，所述运算放大器U5C的输出端分别与电阻R16的另一端和减法器连接。
进一步地，所述减法器包括运算放大器U5A、电阻R13、电阻R14、电阻R17及电阻R18，所述运算放大器U5A的同向输入端分别与电阻R13的一端和电阻R14的一端连接，所述电阻R13的另一端连接至增益调节电路，所述电阻R14的另一端接地，所述运算放大器U5A的反向输入端分别与电阻R17的一端和电阻R18的一端连接，所述电阻R17的另一端连接至零点电压调整电路，所述运算放大器U5A的输出端与电阻R18的另一端连接。
本实用新型具有如下优点：本实用新型采用全模拟电路温度补偿的方法，采用的全是模拟电子元器件，不需要存储功能，避免了数字补偿电路中FLASH存储芯片寿命问题，可靠性得到有效提高；同时在电阻网络补偿上采用创新的温度补偿方法，实现了传感器在-55℃至125℃全温范围内补偿精度大大提高(小于0.4％FS)。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。
图1为为本实用新型一种硅压阻式压力传感器的高精度温度补偿电路的整体结构框图。
图2为压力传感器等效惠斯通电桥的结构示意图。
图3为本实用新型零点温漂补偿电路的结构示意图。
图4为本实用新型压阻式压力传感器灵敏度随温度变化曲线图。
图5为本实用新型温控恒压源的结构示意图。
图6为本实用新型零点电压调整电路及减法器的结构示意图。
图7为本实用新型增益调节电路的结构示意图。
具体实施方式
如图1至图7所示，本实用新型的一种硅压阻式压力传感器的高精度温度补偿电路，包括温控恒压源、零点温漂补偿电路、增益调节电路、零点电压调整电路及减法器，所述零点温漂补偿电路分别与温控恒压源及增益调节电路连接，所述减法器分别与增益调节电路及零点电压调整电路连接。
具体地，所述温控恒压源包括运算放大器U4A、接口P2、PTC热敏电阻RT1、电阻R2、电阻R3、电阻R6、电阻R9、电阻Ra1、电阻Rb1、电阻Rc1、电阻Rd1、电阻RS1、电阻RS2、电阻RS3、电阻RS4、电阻RP1及电阻RP2，所述运算放大器U4A同向输入端分别与电阻R6的一端和电阻R9的一端连接，所述电阻R6的另一端连接至电源，所述运算放大器U4A反向输入端分别与电阻R2的一端和PTC热敏电阻RT1的一端连接，所述PTC热敏电阻RT1的另一端连接至电阻R3的一端，所述运算放大器U4A的输出端分别与电阻R3的另一端、电阻RS1的一端、电阻RS2的一端、电阻Ra1的一端、电阻Rd1的一端和零点温漂补偿电路的输入端的一端点连接，所述接口P2的第四引脚连接至电源，所述接口P2的第一引脚、电阻R9的另一端、电阻R2的另一端、电阻RS3的另一端和电阻RS4的另一端接地；所述接口P2的第二引脚、电阻RS1的另一端、电阻Ra1的另一端、电阻RP1的另一端和电阻Rb1的另一端连接于零点温漂补偿电路的输出端的一端点，所述接口P2的第三引脚、电阻RS2的另一端、电阻Rd1的另一端、电阻RP2的另一端和电阻Rc1的另一端连接于零点温漂补偿电路的输出端的另一端点；所述温控恒压源的作用是产生一个正温度系数的电桥电压，图4中的节点VINP、VINN即分别为惠斯通电桥的两个端点Uo+和Uo-。
具体地，所述零点温漂补偿电路包括压力传感器的惠斯通电桥、电阻RS5及电阻RP3，所述惠斯通电桥包括电阻Rq1、电阻Rq2、电阻Rq3及电阻Rq4，所述电阻Rq1、电阻Rq2、电阻Rq3和电阻Rq4首尾依次连接，所述电阻RS5串联于电阻Rq2和电阻Rq3之间，所述电阻RP3并联于电阻Rq4的两端，所述电阻Rq1和电阻Rq4相连的一端连接于增益调节电路的输入端Uin+，所述电阻RS5和电阻Rq3相连的一端连接于增益调节电路的输入端Uin-，所述输入端Uin+还连接于运算放大器U4A的输出端，所述输入端Uin-接地；所述电阻Rq3和电阻Rq4相连的一端连接于温控恒压源的输出端Uo+，所述电阻Rq1和电阻Rq2相连的一端连接于温控恒压源的输出端Uo-，所述输出端Uo+还连接于接口P2的第二引脚、电阻RS1的另一端、电阻Ra1的另一端、电阻RP1的另一端和电阻Rb1的另一端，所述输出端Uo-还连接于接口P2的第三引脚、电阻RS2的另一端、电阻Rd1的另一端、电阻RP2的另一端和电阻Rc1的另一端；所述零点温漂补偿电路的作用是实现零点温漂补偿。
具体地，所述增益调节电路包括运算放大器U4B、运算放大器U4C、运算放大器U4D、电阻R4、电阻R5、电阻R7、电阻R8、电阻R10、电阻R11及电阻R12，所述运算放大器U4B的同向输入端连接至温控恒压源的输出端Uo-(图7中的节点VINN即为惠斯通电桥的端点Uo-)，所述运算放大器U4B的反向输入端分别与电阻R7的一端和电阻R8的一端连接，所述运算放大器U4B的输出端分别与电阻R7的另一端和电阻R4的一端连接，所述运算放大器U4D的同向输入端连接至温控恒压源的输出端Uo+(图7中的节点VINP即为惠斯通电桥的端点Uo+)，所述运算放大器U4D的反向输入端分别与电阻R8的另一端和电阻R10的一端连接，所述运算放大器U4D的输出端分别与电阻R10的另一端和电阻R11的一端连接，所述运算放大器U4C的反向输入端分别与电阻R4的另一端和电阻R5的一端连接，所述运算放大器U4C的同向输入端分别与电阻R11的另一端和电阻R12的一端连接，所述电阻R12的另一端接地，所述运算放大器U4C的输出端分别与电阻R5的另一端和减法器连接；所述增益调节电路的作用是通过放大实现增益调节。
具体地，所述零点电压调整电路包括运算放大器U5C、电阻R15、电阻R16、电阻R19及电阻R20，所述运算放大器U5C的反向输入端分别与电阻R15的一端和电阻R16的一端连接，所述运算放大器U5C的同向输入端分别电阻R19的一端和电阻R20的一端连接，所述电阻R19的另一端连接至电源，所述电阻R15的另一端和电阻R20的另一端接地，所述运算放大器U5C的输出端分别与电阻R16的另一端和减法器连接；所述零点电压调整电路的作用是调整放大后的电压。
具体地，所述减法器包括运算放大器U5A、电阻R13、电阻R14、电阻R17及电阻R18，所述运算放大器U5A的同向输入端分别与电阻R13的一端和电阻R14的一端连接，所述电阻R13的另一端连接至增益调节电路，所述电阻R14的另一端接地，所述运算放大器U5A的反向输入端分别与电阻R17的一端和电阻R18的一端连接，所述电阻R17的另一端连接至零点电压调整电路，所述运算放大器U5A的输出端与电阻R18的另一端连接；所述减法器的作用是计算由增益调节电路放大后的输出电压减去由零点电压调整电路处理后的输出电压的数值。
所述运算放大器UA、运算放大器U4B、运算放大器U4C、运算放大器U4D、运算放大器U5A及运算放大器U5C均采用LM124型号。
虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。

Claims (6)

1.一种硅压阻式压力传感器的高精度温度补偿电路，其特征在于：包括温控恒压源、零点温漂补偿电路、增益调节电路、零点电压调整电路及减法器，所述零点温漂补偿电路分别与温控恒压源及增益调节电路连接，所述减法器分别与增益调节电路及零点电压调整电路连接。
2.根据权利要求1所述的一种硅压阻式压力传感器的高精度温度补偿电路，其特征在于：所述温控恒压源包括运算放大器U4A、接口P2、PTC热敏电阻RT1、电阻R2、电阻R3、电阻R6、电阻R9、电阻Ra1、电阻Rb1、电阻Rc1、电阻Rd1、电阻RS1、电阻RS2、电阻RS3、电阻RS4、电阻RP1及电阻RP2，所述运算放大器U4A同向输入端分别与电阻R6的一端和电阻R9的一端连接，所述电阻R6的另一端连接至电源，所述运算放大器U4A反向输入端分别与电阻R2的一端和PTC热敏电阻RT1的一端连接，所述PTC热敏电阻RT1的另一端连接至电阻R3的一端，所述运算放大器U4A的输出端分别与电阻R3的另一端、电阻RS1的一端、电阻RS2的一端、电阻Ra1的一端、电阻Rd1的一端和零点温漂补偿电路的输入端的一端点连接，所述接口P2的第四引脚连接至电源，所述接口P2的第一引脚、电阻R9的另一端、电阻R2的另一端、电阻RS3另一端的和电阻RS4的另一端接地；所述接口P2的第二引脚、电阻RS1的另一端、电阻Ra1的另一端、电阻RP1的另一端和电阻Rb1的另一端连接于零点温漂补偿电路的输出端的一端点，所述接口P2的第三引脚、电阻RS2的另一端、电阻Rd1的另一端、电阻RP2的另一端和电阻Rc1的另一端连接于零点温漂补偿电路的输出端的另一端点。
3.根据权利要求2所述的一种硅压阻式压力传感器的高精度温度补偿电路，其特征在于：所述零点温漂补偿电路包括压力传感器的惠斯通电桥、电阻RS5及电阻RP3，所述惠斯通电桥包括电阻Rq1、电阻Rq2、电阻Rq3及电阻Rq4，所述电阻Rq1、电阻Rq2、电阻Rq3和电阻Rq4首尾依次连接，所述电阻RS5串联于电阻Rq2和电阻Rq3之间，所述电阻RP3并联于电阻Rq4的两端，所述电阻Rq1和电阻Rq4相连的一端连接于增益调节电路的输入端Uin+，所述电阻RS5和电阻Rq3相连的一端连接于增益调节电路的输入端Uin-，所述输入端Uin+还连接于运算放大器U4A的输出端，所述输入端Uin-接地；所述电阻Rq3和电阻Rq4相连的一端连接于温控恒压源的输出端Uo+，所述电阻Rq1和电阻Rq2相连的一端连接于温控恒压源的输出端Uo-，所述输出端Uo+还连接于接口P2的第二引脚、电阻RS1的另一端、电阻Ra1的另一端、电阻RP1的另一端和电阻Rb1的另一端，所述输出端Uo-还连接于接口P2的第三引脚、电阻RS2的另一端、电阻Rd1的另一端、电阻RP2的另一端和电阻Rc1的另一端。
4.根据权利要求3所述的一种硅压阻式压力传感器的高精度温度补偿电路，其特征在于：所述增益调节电路包括运算放大器U4B、运算放大器U4C、运算放大器U4D、电阻R4、电阻R5、电阻R7、电阻R8、电阻R10、电阻R11及电阻R12，所述运算放大器U4B的同向输入端连接至温控恒压源的输出端Uo-，所述运算放大器U4B的反向输入端分别与电阻R7的一端和电阻R8的一端连接，所述运算放大器U4B的输出端分别与电阻R7的另一端和电阻R4的一端连接，所述运算放大器U4D的同向输入端连接至温控恒压源的输出端Uo+，所述运算放大器U4D的反向输入端分别与电阻R8的另一端和电阻R10的一端连接，所述运算放大器U4D的输出端分别与电阻R10的另一端和电阻R11的一端连接，所述运算放大器U4C的反向输入端分别与电阻R4的另一端和电阻R5的一端连接，所述运算放大器U4C的同向输入端分别与电阻R11的另一端和电阻R12的一端连接，所述电阻R12的另一端接地，所述运算放大器U4C的输出端分别与电阻R5的另一端和减法器连接。
5.根据权利要求1所述的一种硅压阻式压力传感器的高精度温度补偿电路，其特征在于：所述零点电压调整电路包括运算放大器U5C、电阻R15、电阻R16、电阻R19及电阻R20，所述运算放大器U5C的反向输入端分别与电阻R15的一端和电阻R16的一端连接，所述运算放大器U5C的同向输入端分别电阻R19的一端和电阻R20的一端连接，所述电阻R19的另一端连接至电源，所述电阻R15的另一端和电阻R20的另一端接地，所述运算放大器U5C的输出端分别与电阻R16的另一端和减法器连接。
6.根据权利要求1所述的一种硅压阻式压力传感器的高精度温度补偿电路，其特征在于：所述减法器包括运算放大器U5A、电阻R13、电阻R14、电阻R17及电阻R18，所述运算放大器U5A的同向输入端分别与电阻R13的一端和电阻R14的一端连接，所述电阻R13的另一端连接至增益调节电路，所述电阻R14的另一端接地，所述运算放大器U5A的反向输入端分别与电阻R17的一端和电阻R18的一端连接，所述电阻R17的另一端连接至零点电压调整电路，所述运算放大器U5A的输出端与电阻R18的另一端连接。
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