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电阻式应变片电桥压力传感器的说明与应用解析介绍

1.电阻式应变片电桥压力传感器工作原理

电阻式应变式压力传感器是由电阻应变片组成的测量

电路和弹性敏感元件组合起来的传感器。当弹性敏感元件

受到外界压力作用时，将产生应变，粘贴在表面的电阻应

变片也会产生应变，电阻值会发生变化。这样弹性体的变

形转化为电阻应变片阻值的变化。

一般来说，把4个电阻应变片按照桥路方式连接，两输

入端施加一定的电压值，两输出端输出的共模电压随着桥

路上电阻阻值的变化增加或者减小。这种变化的对应关系

具有近似线性的关系。找到压力变化和输出共模电压变化

的对应关系，就可以通过测量共模电压得到压力值。

通常使用四臂工作的全桥接法测量电桥有较高的灵敏

度应变片式位移传感器测量精度也较高，能起到温度自动

补偿的作用。

下图为全桥的基本结构

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全桥

V0:输入电源电压。U0:输出共模电压;

2.电阻式应变片电桥压力传感器电路设计

下图是电路框架结构

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电路框架

电路一般由放大电路，滤波电路，电压跟随组成，U0

为模拟量输出。

1)放大电路：使用差分放大电路;

差分放大电路，比较常用的电路，可以使用分立式运放

来搭建差分运放电路;如下图：

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差分运放电路

不过，由分立式运放搭建的差分运放电路，外围器件比

较多，而且器件本身有差异，外界干扰信号的影响等，可

能会引起一些噪声等误差;比如R1,R2的阻值理想状态是

需要相同阻值，但是现实中由于生产工艺等原因不可能有

相同阻值的电阻，多多少少都会存在一定偏差，所有说运

放的结果也不会是理想状态。

因此，为了减少外围器件，以及不必要的误差，建议在

条件运行的状况下，采用仪表放大器，其内部已经集成了

差分电路，所有使用时外围器件比较少，电路结构简单，

受干扰情况也会减小。

常用的仪表运放有AD620,INA128等;

下图是INA128内部结构：此图来自INA128数据手册;

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INA128内部电路

RG用来条件增益，根据传感器以及实际电路来条件增

益;仪表运放使用时注意选项，供电电压，增益调节范围，

输入输出阻抗，共模抑制比CMR，偏压值，以及噪声等;2)

滤波电路;

滤波电路的作用：允许规定范围内的信号通过，而使规

定范围之外的信号不能通过。

滤波电路分为：低通滤波，高通滤波，带通滤波，带阻

滤波;低通滤波：允许低频率的信号通过，将高频率的衰减;

高通滤波：允许高频率的信号通过，将低频率的衰减;带通

滤波：允许一定频带范围内的信号通过，将频带范围外的

信号衰减;带阻滤波：允许一定频带范围之外的信号通过，

将频带范围内的信号衰减;滤波电路又分为：无源滤波，有

源滤波;

无缘滤波：仅由无源器件(电阻，电容，电感)组成的滤

波电路;其有很大的缺点，比如：电路增益小，驱动负载能

力差等。

有源滤波：指利用放大器，电阻和电容组成的滤波电路，

主要用于数据传输，抑制干扰等方面;当然其也有缺点：受

运放频带限制，这种滤波主要用于低频范围。

下图就是一阶有源低通滤波电路;

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输入端RC构成低通滤波，特征频率由RC决定;

此电路特点就是：电路简单，但是阻带衰减太慢，选择

性较差。

为了提高阻带衰减特性，加快衰减，改善滤波效果，我

们可以再加一节RC低通滤波环节，构成二阶低通滤波，

效果比一阶要好很多;如下图：

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实际电路中具体选哪种滤波呢，我们要根据实际使用要求

等情况，做具体的选择;3)电压电路

下图是电压跟随的示意图：

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电压跟随器

电压跟随，意思就是输出电压与输入电压相等，增益为

一，起到电压跟随的作用。

许多应用里面都会有电压跟随电路，但是呢很多人觉得

既然是输出电压跟输入电压一致，那为何要添加电压跟随

电路，不是多此一举嘛，干脆去掉算了，其实看似简单，

但是其