本文介紹了不同壓力傳感器的橋接配置，何時(shí)可以使用和不可以使用，以及各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

介紹

惠斯通電橋是Merit Sensor的核心壓力傳感器由硅蝕刻隔膜上的一組四個(gè)電阻器組成。 當(dāng)壓力施加到隔膜時(shí)，電阻器會(huì)受到應(yīng)力，從而改變它們的阻值。

在理想設(shè)置中，所有電阻器都將完美匹配并且完全不受溫度影響。

然而，實(shí)際上，每個(gè)電阻器的電阻值之間存在差異。 此外，溫度也會(huì)改變電阻值。 由溫度引起的電阻值和整個(gè)電橋輸出的變化稱為電阻溫度系數(shù)或 TCR。

許多應(yīng)用都需要獨(dú)立于溫度工作的壓力傳感器。 此類應(yīng)用需要補(bǔ)償壓力傳感器的 TCR。

TCR 補(bǔ)償可以通過兩種通用方法完成——被動(dòng)和主動(dòng)。 在無源補(bǔ)償中，必須測(cè)量每個(gè)電橋電阻器的值以確定補(bǔ)償電阻器所需的值。

在主動(dòng)補(bǔ)償中，模擬電路、微控制器或信號(hào)調(diào)節(jié)器記錄各種壓力和溫度條件下的電橋輸出，并相應(yīng)地調(diào)整傳感器輸出。

橋接配置

一種。 關(guān)閉– 連接所有電阻器的電橋（見圖 1）。

圖 1. 閉合橋。

在閉合電橋中，無法測(cè)量單個(gè)電阻器，因?yàn)殡姌虻钠渌齻€(gè)電阻器始終會(huì)對(duì)它們產(chǎn)生影響。

b. 半開– 半開橋分為兩個(gè)分支并連接在一端（見圖 2）。

圖 2. 半開橋。

與閉橋不同，半開橋允許測(cè)量每個(gè)電阻器，如果需要確定傳感器的性能，這是一個(gè)優(yōu)勢(shì)。 此外，半開橋可以根據(jù)需要添加有源或無源補(bǔ)償。

半開橋需要額外的電氣連接。

C。 全開– 全開橋分為兩個(gè)支路，兩端都是開路的（見圖3）。

圖 3. 全開橋。

與半開橋一樣，全開橋也可以對(duì)每個(gè)電阻進(jìn)行測(cè)量。 它可以使用主動(dòng)或被動(dòng)補(bǔ)償。 此外，橋的每一半都可以獨(dú)立供電和測(cè)量，這是一個(gè)優(yōu)勢(shì)，因?yàn)橐恍┬盘?hào)調(diào)節(jié)器通常用于壓力傳感器應(yīng)用需要兩個(gè)獨(dú)立的分支。

然而，全開橋配置需要額外的電連接，這超出了半開配置所需的連接。

實(shí)現(xiàn)示例

一種。 關(guān)閉– 由于不可能測(cè)量閉合橋中的單個(gè)電阻器，因此它可以與有源補(bǔ)償一起使用，或者用于溫度變化引起的傳感器輸出波動(dòng)可以接受的應(yīng)用中。

圖 4 顯示了具有主動(dòng)補(bǔ)償?shù)拈]合橋。

圖 4. 帶接口設(shè)備的閉合橋（信號(hào)調(diào)理 ASIC、微控制器、模擬電路等）

壓力開關(guān)是適用于封閉橋的一個(gè)示例，其中溫度獨(dú)立性并不重要。 在這里，知道已達(dá)到壓力閾值比測(cè)量絕對(duì)壓力更重要。

b. 半開– 如圖 4 所示，可以對(duì)半開橋應(yīng)用主動(dòng)補(bǔ)償。 同樣，無源補(bǔ)償也可以應(yīng)用于半開橋，如圖 5 所示。

圖 5. 帶無源補(bǔ)償?shù)陌腴_橋。

圖 5 顯示了具有無源補(bǔ)償?shù)陌腴_橋的實(shí)現(xiàn)，表明添加的組件和額外的電氣連接 (V在+) 需要關(guān)閉橋梁。 顧名思義，額外的電阻器完成跨度、零和輸出阻抗補(bǔ)償。 在要求的條件下進(jìn)行開橋測(cè)量后，必須添加這些組件。

C。 全開– 全開放式橋梁具有廣泛的實(shí)施范圍。 除了用作全開橋外，全開橋還可以用作封閉（圖 4）或半開橋（圖 5）。 圖 6 顯示了如何將全開橋用于兩個(gè)功能——壓力和溫度。

圖 6. 具有兩個(gè)功能的全開橋。

在這個(gè)實(shí)現(xiàn)中，橋的一半被用作壓力傳感器另一個(gè)用作溫度傳感器。 由于只有半個(gè)橋的電壓擺幅，因此只有一半的壓力輸出信號(hào)會(huì)出現(xiàn)。 然而，這提供了測(cè)量實(shí)際管芯溫度的額外好處。 與環(huán)境溫度測(cè)量相比，這種溫度測(cè)量可以為溫度補(bǔ)償提供更準(zhǔn)確的輸入。

為應(yīng)用程序選擇合適的配置

在決定橋梁配置時(shí)，有必要考慮整個(gè)傳感系統(tǒng)。 首先，用戶必須決定溫度獨(dú)立性是否重要。 如果它很重要，那么他們必須決定是使用被動(dòng)補(bǔ)償還是主動(dòng)補(bǔ)償。 如果選擇有源補(bǔ)償并使用信號(hào)調(diào)節(jié)器或其他電子設(shè)備，則應(yīng)滿足該設(shè)備的要求。 必須小心，因?yàn)榫哂蓄愃乒δ艿脑O(shè)備可能有非常不同的要求。

如前所述，每種配置都有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。 盡管全開放橋增加的電氣連接增加了組裝的復(fù)雜性，但它提供了更大的靈活性，并且還提供了更輕松地解決橋問題的能力。

最終，必須根據(jù)對(duì)系統(tǒng)的全面分析來選擇網(wǎng)橋配置。

審核編輯：郭婷