LCR電橋測量基礎知識
LCR電橋測量基礎知識
LCR電橋是精密測量電阻或其他模擬量的一種有效的方法。本文介紹了如何實現(xiàn)具有較大信號輸出的硅應變計與模數(shù)轉換器(ADC)的接口擴大，特別是Σ-Δ ADC開展面對面，當使用硅應變計時，它是一種實現(xiàn)壓力變送器的低成本方案
硅應變計
1硅應變計的優(yōu)點在于高靈敏度很重要，它通過感應由應力引發(fā)的硅材料體電阻變化來檢測壓力大面積。相比于金屬箔或粘貼絲式應變計選擇適用，其輸出通常要大一個數(shù)量級。這種 硅應變計的輸出信號較大特征更加明顯，可以與較廉價的電子器件配套使用長效機製。但是，這些小而脆器件的安裝和連線非常困難數字技術，因而增加了成本奮戰不懈，限制了它們在粘貼式應變計應用中 的使用。
2不過措施，用MEMS工藝制作的硅壓力傳感器卻克服了這些弊病大大縮短。這種MEMS壓力傳感器采用了標準的半導體工藝和特殊的蝕刻技術。這種特殊的蝕刻技術可 選擇性地從晶圓的背面除去一部分硅緊密相關，從而生成由堅固的硅邊框包圍的更默契了、數(shù)以百計的方形薄膜。而在晶圓的正面培訓，每一個小薄膜的每個邊上都植入了一個壓敏電阻不合理波動， 用金屬線把小薄片周邊的四個電阻連接起來就形成一個惠斯登電橋。*后重要工具，使用鉆石鋸從晶圓上鋸下各個傳感器積極拓展新的領域。這時，硅傳感器已經初具形態(tài)更優質，但還需要配備壓力 端口和連接引線方可使用相對開放。這些小傳感器便宜而且相對可靠，但受溫度變化影響較大脫穎而出，而且初始偏移和靈敏度的偏差很大拓展應用。
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壓力傳感器實例
1在此給出一個壓力傳感器的實例,其所涉及的原理適用于任何使用類似電橋的傳感器。公式1給出了一個原始的壓力傳感器的輸出模型結構。其中管理，VOUT在給定壓力P下具有很寬的變化范圍，不同傳感器在同一溫度下，或者同一傳感器在不同溫度下戰略布局，其VOUT都 有所不同事關全面。因此要提供一個一致的、有意義的輸出讓人糾結，每個傳感器都必須進行校正規模，以補償器件之間的差異和溫度漂移穩定發展。長期以來基石之一，校準都是通過模擬電路進行的。然 而增持能力，現(xiàn)代電子學的進展使得數(shù)字校準比模擬校準更具成本效益共同努力，而且其準確性也更好。此外追求卓越，利用一些模擬技術“竅門”逐漸完善，可以在不犧牲精度的前提下簡化數(shù)字校準。
VOUT=VB(PS0(1+S1(T-T0))+U0+U1(T-T0)) （1）
2.合理需求、式中是目前主流，VOUT為電橋輸出，VB是電橋的激勵電壓高質量，P是外加壓力充分發揮，T0是參考溫度，S0是T0溫度下的靈敏度管理，S1是靈敏度的溫度系數(shù)(TCS)設計，U0是在無壓力情況下電橋在溫度T0時的輸出偏移量(或失衡)，而U1則是偏移量的溫度系數(shù)(OTC)改進措施。公式(1)使用一次多項公式來對傳感器進行建模就此掀開，而有些應用場合可能會用到高次多項公式、分段線性技術或者分段二次逼近模型今年，并為其中的系數(shù)建立一個查尋表穩步前行。無論使用哪種模型，數(shù)字校準時都要對VOUT動手能力、VB和T進行數(shù)字化逐步顯現，同時要采用某種方公式來確定全部系數(shù)并進行必要的計算。公式(2)由公式(1)變化所得引領，從中可清楚地看到自動化裝置，通過數(shù)字計算(通常由微控制器(MCU)執(zhí)行)而輸出**壓力值所需的信息。
P=(VOUT/VB-U0-U1(T-T0))/(S0(1+S1(T-T0)) (2)
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電壓驅動
圖1 該電路直接測量計算實際壓力所需的變量(激勵電壓應用前景、溫度和電橋輸出)
在圖1所示的電路中高質量，一個高精度ADC先對VOUT (AIN1/AIN2)、溫度(AIN3/AIN4)和VB (AIN5/AIN6)進行數(shù)字化，這些測量值隨后被傳送到MCU前景，在那里轉換成實際的壓力進一步意見。電橋直接由電源驅動，電源同時也為ADC共享應用、電壓基準源和MCU供電生產能力。電阻公式溫度檢測器Rt用來測量溫度，ADC內的輸入復用器同時測量電橋示範推廣、RTD和電源電壓堅持好。為確定校準系數(shù)，整個系統(tǒng)(或至少是RTD和電橋)被放到恒溫箱里大幅增加，在多個不同溫度下進行測量特性。測量數(shù)據(jù)通過測試系統(tǒng)進行處理，以確定校準系數(shù)等特點，*終的系數(shù)被下載到MCU并存儲到非易失性存儲器中建言直達。
設計該電路時主要考慮的是動態(tài)范圍和ADC的分辨率，*低要求取決于具體應用和所選的傳感器和RTD的參數(shù)將進一步。 在本例中充分發揮，傳感器的具體參數(shù)如下。
系統(tǒng)規(guī)格
滿量程壓力：100psi
壓力分辨率：0.05psi
溫度范圍：-40～+85℃
電源電壓：4.75～5.25V
壓力傳感器規(guī)格
S0 (靈敏度): 150～300μV/V/psi
S1(靈敏度的溫度系數(shù)): *大為-2500×10-6/℃
U0 (偏移): -3～+3mV/V
U1 (偏移的溫度系數(shù)): -15～+15μV/V/℃
RB (輸入電阻): 4.5kΩ
TCR (電阻溫度系數(shù)): 1200×10-6/℃
RTD: PT100
o α: 3850×10-6/℃
o -40℃時的阻值: 84.27Ω
o 0℃時阻值: 100Ω
o 85℃時阻值: 132.80Ω
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