專利名稱：一種高精度壓力變送器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于航空壓力變送器的電路設(shè)計(jì)技術(shù)，涉及一種壓力變送器的電路。
背景技術(shù)：
壓力變送器是將需要測(cè)量的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成為規(guī)定的電信號(hào)，并將電信號(hào)傳遞給指示器或者計(jì)算機(jī)的裝置。隨著航空工業(yè)的發(fā)展，要求壓力變送器精度高、穩(wěn)定性好、體積小、重量輕；能夠適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，如工作環(huán)境溫度范圍為_55°C 175°C，并且在工作環(huán)境中含有復(fù)雜的電磁干擾信號(hào)。高精度壓力變送器就是為了滿足航空工業(yè)對(duì)高端壓力變送器的需求而發(fā)明的。高精度壓力變送器的實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵取決于電路設(shè)計(jì)和溫度補(bǔ)償方法。目前，高精度壓力變送器一般采用數(shù)字補(bǔ)償?shù)姆椒▉韺?shí)現(xiàn)；而目前國(guó)內(nèi)外軍用數(shù)字器件及專用調(diào)理芯片如A/D轉(zhuǎn)換、微處理器、D/A轉(zhuǎn)換器等的最高工作溫度均為125°C，無法滿足更高溫度條件下的使用要求。而模擬溫度補(bǔ)償通常采用熱敏電阻、二極管等器件實(shí)現(xiàn)，采用熱敏電阻溫度補(bǔ)償精度不高，采用二極管溫度補(bǔ)償電路較為復(fù)雜；并且通常的補(bǔ)償方法調(diào)試過程復(fù)雜，溫度適應(yīng)范圍較窄，穩(wěn)定性較差，難以滿足航空工業(yè)對(duì)壓力變送器的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高精度壓力變送器電路。本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:包括恒流源(I)、壓阻式SOI壓力敏感器件(2)、可調(diào)電阻Rpl Rp4、雙運(yùn)放差動(dòng)放大電路；壓阻式SOI壓力敏感器件(2)為惠斯登四臂力敏電橋，具有5個(gè)接點(diǎn)，其中節(jié)點(diǎn)d、e為正電源端，節(jié)點(diǎn)b為負(fù)電源端，分別與恒流源的流出和流入端相連接；節(jié)點(diǎn)a、c分別為正負(fù)輸出端，分別與差動(dòng)放大電路的正、負(fù)輸入端相連接；可調(diào)電阻Rp3 —端與壓阻式SOI壓力敏感器件(2)節(jié)點(diǎn)d相連，另一端與恒流源(I)流出端相連；可調(diào)電阻Rp2并聯(lián) 在壓阻式SOI壓力敏感器件(2)正電源端和正輸出端之間；可調(diào)電阻Rpl并聯(lián)在壓阻式SOI壓力敏感器件(2)正負(fù)電源端之間，兩個(gè)運(yùn)算放大器正輸入端之間通過可調(diào)電阻Rp4相連。進(jìn)一步地，上述雙運(yùn)放差動(dòng)放大電路由兩個(gè)獨(dú)立對(duì)稱的二階低通KRC有源濾波器(3,4)組成，第一二階低通KRC有源濾波器(3)包括電阻Rl、R2、R3 ;電容Cl、C2 ;運(yùn)算放大器NI ;電阻Rl的一端為信號(hào)輸入端，另一端分為兩條支路，一條支路通過R2與運(yùn)算放大器NI正輸入端相連，另一條支路通過電容Cl與運(yùn)算放大器NI負(fù)輸入端相連；電阻R2與運(yùn)算放大器NI負(fù)輸入端通過電容C2接信號(hào)地；運(yùn)算放大器正輸入端與輸出端并聯(lián)有電阻R3，第二二階低通KRC有源濾波器(4)包括電阻R5、R6、R7 ;電容C3、C4 ;運(yùn)算放大器N2 ;其連接結(jié)構(gòu)和參數(shù)取值與第一二階低通KRC有源濾波器(3)完全相同。本發(fā)明具有有益效果是:該電路結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品小型化設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)；無須單獨(dú)對(duì)壓力敏感器件進(jìn)行一次補(bǔ)償，可以縮短生產(chǎn)、采購(gòu)周期，降低產(chǎn)品成本；壓力傳感器的輸出調(diào)整和溫度補(bǔ)償僅采用精密金屬膜固定電阻，而不使用熱敏電阻(精度較低)和二極管(電路較為復(fù)雜)等器件，可以簡(jiǎn)化補(bǔ)償電路，提高壓力傳感器的補(bǔ)償精度；壓力傳感器的輸出調(diào)整和溫度補(bǔ)償分別用兩組不同電阻來控制，通過初始阻值預(yù)置的方法，可以較好地避免兩組電阻(Rpl、Rp2和Rp3、Rp4)之間的相互影響，即在初始溫度TO和補(bǔ)償溫度Tl的調(diào)試分別獨(dú)立進(jìn)行，避免了在不同溫度點(diǎn)下反復(fù)調(diào)試，簡(jiǎn)化調(diào)試過程。該電路根據(jù)差動(dòng)放大電路的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了兩個(gè)獨(dú)立對(duì)稱的二階低通KRC有源濾波器，濾除來自壓力敏感元器件的差模干擾信號(hào)，保證了壓力變送器差動(dòng)輸出電壓信號(hào)的穩(wěn)定性；不必使用單獨(dú)的信號(hào)濾波器，使電路簡(jiǎn)化，降低成本。另外該差動(dòng)放大電路傳遞特性和溫度特性均為線性，便于溫度補(bǔ)償和理論計(jì)算，提高壓力變送器的輸出精度和溫度穩(wěn)定性。


附圖1是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合說明書附圖1對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。該電路包括恒流源1、壓阻式SOI壓力敏感器件2、可調(diào)電阻Rpl Rp4、雙運(yùn)放差動(dòng)放大電路?？烧{(diào)電阻Rpl、Rp2、Rp3、Rp4的作用分別如下:Rpl為熱靈敏度漂移補(bǔ)償調(diào)試電阻，用于補(bǔ)償變送器靈敏度溫度漂移；Rp2為熱零點(diǎn)漂移補(bǔ)償調(diào)試電阻，用于補(bǔ)償變送器零位輸出的溫度漂移量；Rp3為零位輸出調(diào)試電阻，用于調(diào)整變送器零位輸出；Rp4為滿量程輸出調(diào)試電阻，用于調(diào)整變送器滿量程輸出。雙運(yùn)放差動(dòng)放大電路利用運(yùn)算放大器可以替代電感的特性，設(shè)計(jì)有源濾波器，濾除輸入信號(hào)(即壓力敏感器件的輸出信號(hào))的差模干擾信號(hào)，電阻Rl、R2、R3和電容Cl、C2以及運(yùn)算放大器NI構(gòu)成一個(gè)二階KRC濾波器；電阻R1、R2、R3和電容C1、C2以及運(yùn)算放大器N2A構(gòu)成第一二階低通KRC濾波器
3;電阻R5、R6、R7和電容C3、C4以及運(yùn)算放大器N2構(gòu)成一個(gè)第二二階低通濾波器4。兩個(gè)濾波器相互對(duì)稱，并且設(shè)計(jì)參數(shù)相同。為了不影響差動(dòng)放大器的放大功能，應(yīng)將二階低通KRC有源濾波器的增益Hcip = I。實(shí)施例:取R1=R2=R5=R6=78.7k Ω，R3=R7=100kQ , C1=C2=C3=C4=0.01 μ F，則二階低通KRC有源濾波器的增益Η- = 1，截止頻率= 592.7Hz，品質(zhì)因數(shù)Q^0.707。本發(fā)明結(jié)合了 SOI壓力敏感元件和差動(dòng)放大電路的溫度傳遞特性，采用四組精密調(diào)節(jié)電阻分別完成壓力變送器零位輸出電壓調(diào)整、滿量程輸出電壓調(diào)整、零位輸出電壓溫度補(bǔ)償和靈敏度溫度補(bǔ)償。并且根據(jù)差動(dòng)放大電路的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了兩個(gè)獨(dú)立對(duì)稱的二階低通KRC有源濾波器，濾除來自壓力敏感元器件的差模干擾信號(hào)，保證了壓力變送器差動(dòng)輸出電壓信號(hào)的穩(wěn)定性；不必使用單獨(dú)的信號(hào)濾波器，使電路簡(jiǎn)化。經(jīng)驗(yàn)證，利用本發(fā)明的電路原理設(shè)計(jì)的壓力變送器，體積小，重量輕，精度高，可實(shí)現(xiàn)-55°C 175°C全溫度范圍內(nèi)的綜合 誤差不大于±0.5%FS。
權(quán)利要求
1.一種高精度壓力變送器電路，其特征在于:包括恒流源(I)、壓阻式SOI壓力敏感器件(2)、可調(diào)電阻Rpl Rp4、雙運(yùn)放差動(dòng)放大電路；壓阻式SOI壓力敏感器件(2)為惠斯登四臂力敏電橋，具有5個(gè)接點(diǎn)，其中節(jié)點(diǎn)d、e為正電源端，節(jié)點(diǎn)b為負(fù)電源端，分別與恒流源的流出和流入端相連接；節(jié)點(diǎn)a、c分別為正負(fù)輸出端，分別與差動(dòng)放大電路的正、負(fù)輸入端相連接；可調(diào)電阻Rp3 —端與壓阻式SOI壓力敏感器件(2)節(jié)點(diǎn)d相連，另一端與恒流源(I)流出端相連；可調(diào)電阻Rp2并聯(lián)在壓阻式SOI壓力敏感器件(2)正電源端和正輸出端之間；可調(diào)電阻Rpl并聯(lián)在壓阻式SOI壓力敏感器件(2)正負(fù)電源端之間，兩個(gè)運(yùn)算放大器正輸入端之間通過可調(diào)電阻Rp4相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度壓力變送器電路，其特征在于:雙運(yùn)放差動(dòng)放大電路由兩個(gè)獨(dú)立對(duì)稱的二階低通KRC有源濾波器(3、4)組成，第一二階低通KRC有源濾波器(3)包括電阻Rl、R2、R3 ；電容Cl、C2 ;運(yùn)算放大器NI ；電阻Rl的一端為信號(hào)輸入端，另一端分為兩條支路，一條支路通過R2與運(yùn)算放大器NI正輸入端相連，另一條支路通過電容Cl與運(yùn)算放大器NI負(fù)輸入端相連；電阻R2與運(yùn)算放大器NI負(fù)輸入端通過電容C2接信號(hào)地；運(yùn)算放大器正輸入端與輸出端并聯(lián)有電阻R3，第二二階低通KRC有源濾波器(4)包括電阻R5、R6、R7 ;電容C3、C4 ;運(yùn)算放大器N2 ;其連接結(jié)構(gòu)和參數(shù)取值與第一二階低通KRC有源濾波器(3)完全相同。`
全文摘要
本發(fā)明屬于壓力傳感技術(shù)，涉及一種高精度壓力變送器的電路設(shè)計(jì)。本發(fā)明結(jié)合壓阻式SOI壓力敏感器件和差動(dòng)放大電路的不同溫度條件下的傳遞特性，通過精密電阻網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力變送器輸出信號(hào)溫度誤差的補(bǔ)償。本發(fā)明不必使用熱敏電阻和二極管等常用溫度補(bǔ)償器件，僅通過四組精密固定電阻器實(shí)現(xiàn)壓力變送器的溫度補(bǔ)償，減小了壓力變送器的誤差；利用該電路設(shè)計(jì)的壓力變送器，適應(yīng)溫度范圍為(-55～175)℃，且在全溫度范圍內(nèi)的輸出誤差小于±0.5%FS。具有體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)，輸出穩(wěn)定，工藝過程簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，適宜于較大批量的生產(chǎn)。
文檔編號(hào)G01L9/06GK103234689SQ20131014540
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月24日
發(fā)明者徐陽輝, 王學(xué)鋒, 賴念華, 劉建剛 申請(qǐng)人:武漢航空儀表有限責(zé)任公司