压力传感器的电桥配置

本文介绍了不同压力传感器的桥接配置，何时可以使用和不可以使用，以及各自的优缺点。

介绍

惠斯通电桥是Merit Sensor的核心压力传感器由硅蚀刻隔膜上的一组四个电阻器组成。 当压力施加到隔膜时，电阻器会受到应力，从而改变它们的阻值。

在理想设置中，所有电阻器都将完美匹配并且完全不受温度影响。

然而，实际上，每个电阻器的电阻值之间存在差异。 此外，温度也会改变电阻值。 由温度引起的电阻值和整个电桥输出的变化称为电阻温度系数或 TCR。

许多应用都需要独立于温度工作的压力传感器。 此类应用需要补偿压力传感器的 TCR。

TCR 补偿可以通过两种通用方法完成——被动和主动。 在无源补偿中，必须测量每个电桥电阻器的值以确定补偿电阻器所需的值。

在主动补偿中，模拟电路、微控制器或信号调节器记录各种压力和温度条件下的电桥输出，并相应地调整传感器输出。

桥接配置

一种。 关闭– 连接所有电阻器的电桥（见图 1）。

图 1. 闭合桥。

在闭合电桥中，无法测量单个电阻器，因为电桥的其他三个电阻器始终会对它们产生影响。

b. 半开– 半开桥分为两个分支并连接在一端（见图 2）。

图 2. 半开桥。

与闭桥不同，半开桥允许测量每个电阻器，如果需要确定传感器的性能，这是一个优势。 此外，半开桥可以根据需要添加有源或无源补偿。

半开桥需要额外的电气连接。

C。 全开– 全开桥分为两个支路，两端都是开路的（见图3）。

图 3. 全开桥。

与半开桥一样，全开桥也可以对每个电阻进行测量。 它可以使用主动或被动补偿。 此外，桥的每一半都可以独立供电和测量，这是一个优势，因为一些信号调节器通常用于压力传感器应用需要两个独立的分支。

然而，全开桥配置需要额外的电连接，这超出了半开配置所需的连接。

实现示例

一种。 关闭– 由于不可能测量闭合桥中的单个电阻器，因此它可以与有源补偿一起使用，或者用于温度变化引起的传感器输出波动可以接受的应用中。

图 4 显示了具有主动补偿的闭合桥。

图 4. 带接口设备的闭合桥（信号调理 ASIC、微控制器、模拟电路等）

压力开关是适用于封闭桥的一个示例，其中温度独立性并不重要。 在这里，知道已达到压力阈值比测量绝对压力更重要。

b. 半开– 如图 4 所示，可以对半开桥应用主动补偿。 同样，无源补偿也可以应用于半开桥，如图 5 所示。

图 5. 带无源补偿的半开桥。

图 5 显示了具有无源补偿的半开桥的实现，表明添加的组件和额外的电气连接 (V在+) 需要关闭桥梁。 顾名思义，额外的电阻器完成跨度、零和输出阻抗补偿。 在要求的条件下进行开桥测量后，必须添加这些组件。

C。 全开– 全开放式桥梁具有广泛的实施范围。 除了用作全开桥外，全开桥还可以用作封闭（图 4）或半开桥（图 5）。 图 6 显示了如何将全开桥用于两个功能——压力和温度。

图 6. 具有两个功能的全开桥。

在这个实现中，桥的一半被用作压力传感器另一个用作温度传感器。 由于只有半个桥的电压摆幅，因此只有一半的压力输出信号会出现。 然而，这提供了测量实际管芯温度的额外好处。 与环境温度测量相比，这种温度测量可以为温度补偿提供更准确的输入。

为应用程序选择合适的配置

在决定桥梁配置时，有必要考虑整个传感系统。 首先，用户必须决定温度独立性是否重要。 如果它很重要，那么他们必须决定是使用被动补偿还是主动补偿。 如果选择有源补偿并使用信号调节器或其他电子设备，则应满足该设备的要求。 必须小心，因为具有类似功能的设备可能有非常不同的要求。

如前所述，每种配置都有自己的优点和缺点。 尽管全开放桥增加的电气连接增加了组装的复杂性，但它提供了更大的灵活性，并且还提供了更轻松地解决桥问题的能力。

最终，必须根据对系统的全面分析来选择网桥配置。

审核编辑：郭婷