压阻式传感器的工作原理及应用电路

　　压阻式传感器是利用晶体的压阻效应制成的传感器。当它受到压力作用时，应变元件的电阻发生变化，从而使输出电压发生变化。一般压阻式传感器是在硅膜片上做成四个等值的电阻的应变元件，构成惠斯通电桥。当受到压力作用时，一对桥臂的电阻变大，而另一对桥臂电阻变小，电桥失去平衡，输出一个与压力成正比的电压。由于硅压阻式压力传感器的灵敏系数比金属应变的灵敏系数大50～100倍，故硅压阻式压力传感器的满量程输出可达几十毫伏至二百多毫伏，有时不需要放大就可直接测量。另外压阻式传感器还有易于微型化、测量范围宽、频率响应好（可测几千赫兹的脉动压力）和精度高等特点。但在使用过程中，要注意硅压阻式压力传感器对温度很敏感，在具体的应用电路中要采用温度补偿。目前大多数硅压阻式传感器已将温度补充电路做在传感器中，从而使得这类传感器的温度系数小于土0.3%的量程。

　　压阻式压力传感器可以由恒压源或恒流源供电。若传感器四个桥臂的电阻相等（均为R），当有压力作用时，两个桥臂随温度的变化量为ARr，经推导可以得出以下结论：使用恒压源供电时，电桥的输出受ARIR、电桥电压矿和ART的影响．即增加了温度误差。而使用恒流源供电时，电桥输出只受电桥电流，和AR的影响。所以一般均采用恒流源给传感器供电。

　　图3-16是压阻式传感器的典型应用电路。该电路由A，、VDi、VT和Rl构成恒流源电路对电桥供电，输出1.5mA的恒定电流。

　　为了保证测量电路的精度，在测量电路中设置了由VD3和A4组成的温度补偿电路，其原理是利用硅二极管对温度很敏感而作为温度补偿元件。一般二极管的温度系数为-2mV/℃。调节w．可获得最佳的温度补偿效果。

　　运放A3和A4组成两级差动放大电路，放大倍数约为60，并由W2来调节增益的大小。

　　若传感器在零压力时，测量电路的输出不为零，这时要在电路中增加零输出调整电路。如图3-16所示，调节W2的大小，以达到使传感器在零压力时输出为零。两表面出现电荷，当去掉外压力时，电荷立即消失，这种现象就是压电效应。压电加速度传感器常见的结构形式有压缩型、剪切型、弯曲型和膜盒式等几种。表3-2和表3-3

　　分别给出了PV-96和GIA型压电式加速度传感器的特性。

　　压电式加速度传感器是容性、灵敏度很高的传感器，它常配以电荷放大器和电压放大器。其电路如图3-17所示。

　　电荷放大器频带宽，增益由负反馈电路中的电容Cf决定，输出电缆的电容对放大器无影响。输出电压为Uo=-q/Cf。

　　电压放大器信号从同相端输入，实际就是同相比例放大器。其输出电压Uo为

　　Uo=Sq/（Ca+Cq）式中，Sq为电荷灵敏度；Ca为传感器电容；Cq为电缆电容。由于输出电压易受输出电缆电容的影响，因此常将放大器置于传感器内。

　　在实际应用时，主要采用电荷放大器。由于传感器在过载时，会有很大的输出，所以在放大器的输入需加保护电路。