量測上所說的“壓力”,即物理上的“壓強”,即物質狀態(tài)的重要參量。壓力表上的測量有壓表、絕壓(絕對壓力)、負壓、真空度。工業(yè)界使用的壓力指示值大多是表壓,也就是絕對壓力與大氣壓之差,所以絕壓是指表壓與大氣壓之和。如果測得的壓力低于大氣壓,就叫負壓或真空。
壓力傳感器(Pressure Transducer)是能感受壓力信號,并能按照一定的規(guī)律將壓力信號轉換成可用的輸出的電信號的器件或裝置。壓力傳感器通常由壓力敏感元件和信號處理單元組成。按不同的測試壓力類型,壓力傳感器可分為表壓傳感器、差壓傳感器和絕壓傳感器。-摘自JJG860-2015壓力傳感器是工業(yè)實踐中最為常用的一種傳感器,其廣泛應用于各種工業(yè)自控環(huán)境,涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業(yè),下面就簡單介紹一些常用傳感器原理及其應用。另有醫(yī)用壓力傳感器。
測壓傳感器的工作原理,可分為壓阻式壓力傳感器、壓電式壓力傳感器、壓磁式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、霍爾壓力傳感器等。
半導體壓電阻型
半導體壓電阻抗擴散壓力傳感器是在薄片表面形成半導體變形壓力,通過外力(壓力)使薄片變形而產生壓電阻抗效果,從而使阻抗的變化轉換成電信號。
靜電容量型
靜電容量型壓力傳感器,是將玻璃的固定極和硅的可動極相對而形成電容,將通過外力(壓力)使可動極變形所產生的靜電容量的變化轉換成電氣信號。 (E8Y的動作原理便是靜電容量方式,其他機種采用半導體方式)。半導體壓電阻型
半導體壓電阻抗擴散壓力傳感器是在薄片表面形成半導體變形壓力,通過外力(壓力)使薄片變形而產生壓電阻抗效果,從而使阻抗的變化轉換成電信號。
靜電容量型
靜電容量型壓力傳感器,是將玻璃的固定極和硅的可動極相對而形成電容,將通過外力(壓力)使可動極變形所產生的靜電容量的變化轉換成電氣信號。 (E8Y的動作原理便是靜電容量方式,其他機種采用半導體方式)。
壓力傳感器工作流程:
1、應變儀將壓力轉換為電信號
最常見的壓力傳感器類型使用應變計。它是一種機械裝置,在施加或釋放壓力時允許微小的膨脹和收縮。傳感器測量和校準物理變形,以顯示施加到設備或儲罐的壓力。然后它將這些變化轉換為電壓或電信號。
2、電信號測量與記錄
一旦傳感器產生電信號,該設備就可以記錄壓力讀數。這些信號的強度會增加或減少,具體取決于傳感器感受到的壓力。根據信號頻率,壓力讀數可以在非常接近的時間間隔內進行。
下面介紹為xxx型壓力傳感器輸出特性曲線。分別為在-40°,0°,25°以及85°溫度環(huán)境中測試電橋在不同壓力下輸出。實際應用中我們往往期望傳感器輸出與溫度無關且線性。受限于MEMS設計制作工藝、材料物理特性等,MEMS傳感器本身很難達到理想要求,實際應用中往往需在MEMS后端加入信號調理芯片對其進行校準。
傳感器信號調理芯片通??梢蕴峁η岸藗鞲衅鞑杉瘮祿M行放大、校準和溫度補償的功能,從而使得傳感器器件具有穩(wěn)定可靠進行工作,并且使得器件之間具有良好的一致性。除使用集成式的信號調理芯片外,傳統(tǒng)方案也可以使用外圍分立電路來實現(xiàn)傳感器的校準與標定,但效率低下,且效果依賴于人工與經驗,不適于規(guī)模生產。而通過信號調理芯片的使用,能夠免除手工校準的繁雜工作,并且提高傳感器器件的可靠性。
常見的橋式信號調理芯片型號包括德國ZMDI公司的ZSC31010,美國美信公司的MAX1452,以及蘇州納芯微電子公司的NSA2300。接下來本文將以NSA2300為例介紹信號調理芯片對傳感器進行校準的相關說明。NSA2300為一款專為橋式傳感器提供的高集成、低功耗、高精度的傳感器信號采集、放大和校準的傳感器接口芯片,可以用于壓力傳感器調理,磁傳感器調理,各類應變式傳感器接口等。NSA2300可為傳感器提供零點偏移及其溫度補償,靈敏度及其溫度補償以及非線性補償,不需要其他額外的外部器件支持。NSA2300還提供多種溫度測量模式,同時支持I2C/SPI數字輸出和模擬輸出,并可通過復用模擬輸出引腳(AOUT)進行單線數字通訊(OWI)。