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压力传感器及其应用电路

摘要：目前在工业生产中用得最广的压力传感器是硅压阻式压力传感器，它通过感触压力的

变化来改变其中的应变元件的电阻，从而输出相应的电压变化，实现将压力参数转变

成电信号参数。本文探讨了MPX2000系列压力传感器的应用电路以及MC33079型号运

算放大器在其中的应用的相关知识。

关键词：压力传感器；MPX2000；MC33079

引言

在工业测量中，压力的测量极为广泛，利用压力测量可以直接或间接测得很多物理参数，例如大型储液罐的液位、储气罐的压力、海洋的水深、山的高度，医疗方面可以测量血压、呼吸压等，航空方面测量飞机的飞行高度、飞行速度、升降速度以及气体管道流量等。但目前在实际中用得最多的是由膜片、波纹管、弹簧管和机械式传动、放大机构组成的指针式压力表。它的优点是结构简单、生产成本低，但测量精度低，如果要对压力参数进行遥测、记录或集中观察（监控）、自动调节或控制，则需要用到压力传感器，通过压力传感器将压力参数变成电信号输出。

一、硅压阻式压力传感器

压阻式压力传感器是利用单晶硅的压阻效应制成的器件，也就是在单晶硅的基片或硅杯上用扩散工艺、离子注入工艺或溅射工艺制成一定形状的应变元件，当压力传感器受到压力时，传感器中的应变元件的电阻发生变化，从而输出相应的电压变化。很多压阻式压力传感器是在硅膜片上制作四个等值电阻的应变元件，形成电桥。当受到压力作用时，一对桥臂电阻变大△R，而另一对桥臂电阻变小△R，电桥失去平衡，这时便有一个与压力成正比的电压uo输出，其工作原理如图(a)所示。

二、压力传感器的应用电路

典型的压力传感器应用电路如图(b)所示。它是一种适合于MPX2000系列的通用放大电路。MPX2000系列压力传感器是一种带有温度补偿的压阻式压力传感器，其内部有温度补偿电阻网络，并经激光校准，如图(c)所示。经过激光校准后，传感器的零输出、满量程输出及输出一致性、温度补偿特性等都达到较好的性能指标。它的基本性能指标是：零位输出小于±1mV，满量程输出40mV±1.5mV，在0～＋85℃范围内有较好的温度补偿效果；线性度可达±0.1％FS～±0.25％FS；工作温度范围为－40℃～＋125℃,允许过载为400％（MPX2100）、200％（MPX2050）。（MPX2100与MPX2050的主要参数与极限参数详见附录一和附录二）

另外，在压力传感器的应用电路中，大多都采用仪用放大器电路结构。这是由于仪用放大器电路具有高输入阻抗的特点（传感信号两端均由同相端输入），两运放A1、A2的特性相同时，就可以很好地减小温漂，增强抗共模干扰的能力，且当改变增益时对放大器特性无影响。这种放大电路能测量小信号并具有较高的精度。

三、应用电路的分析

典型的压力传感器应用电路中，A1、A2构成同相比例运算电路，它们的同相端连接硅压阻式传感器的输出端，A3组成一个差分比例运算电路，它将双端输入信号变为单端输出的输出电路，电路增益由RP1来调整（满量程调整）。A4组成的电压跟随器用作零压力调整，在输入压力为零时，调整RP2可使输出为零。整个电路中，A1～A4选用MC33079型号运算放大器，相应电阻的阻值已经标在图(b)中,电容元件在这里通过自身的充放电使电路更稳定。因此，这个压力传感器应用电路可以通过感知压力的变化而输出一个相应的电压信号，实现了将压力参数转变成电信号输出的功能。

对于MC33079型号运算放大器，其管脚图如图(d)所示，它是由四个运放集合成的一个集成运放，有四个相对应的输入和输出端，其功能完全一样。

结束语

通过查找大量资料，我深入了解了一些压力传感器的相关知识，通过学习研究压力传感器的原理以及其应用电路的内容，使我对集成运算放大器的原理和构造有了更深入的认识和了解。

参考文献：

[1]肖景和.集成运算放大器应用精粹.56-59

[2]何希才，邹炳强.通用电子电路应用

[3][日]马场清太郎.运算放大器应用电路设计（何希才译）

附录一：

MPX2100与MPX2050的主要参数

名称

符号

MPX2100

MPX2050

单位

差动压力范围

POP

0～100

0～50

kPa

工作电压

VS

10(max)

10（max)

V

输出满量程电压

Vpas

40±1.5

40±1.5

mV

零位输出

Voff

±1

±1

mV

灵敏度

△V/△p

0.4

0.8

mV/kPa

线性度

―

±0.1～±0.25

±0.1～±0.25

％FS

压力滞后（0～100kPa)

―

－0.05～＋0.1

－0.05～＋0.1

％FS

温度滞后（0～85℃）

―

±0.5～±1

±0.5～±1

％FS

全量的温度影响（0～85℃）

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