壓力傳感器的偏移和增益誤差

來源：www.cazsensor.com 時間：2020-08-14 09:08

許多壓力傳感器使用微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)，它們由4個采用惠斯頓電橋結(jié)構(gòu)連接的壓敏電阻組成。當(dāng)這些傳感器上沒有壓力時，橋中的所有電阻值都是相等的。當(dāng)有外力施加于電橋時，兩個相向電阻的阻值將增加，而另兩個電阻的阻值將減小，而且增加和減小的阻值彼此相等。

遺憾的是，事情并非如此簡單，因為傳感器存在偏移和增益誤差。偏移誤差是指沒有壓力施加于傳感器時存在輸出；增益誤差指傳感器輸出相對于施加于傳感器外力的敏感程度。典型傳感器一般規(guī)定激勵電壓為5V，具有2mV/V的標(biāo)稱滿刻度輸出。這意味著在激勵電壓為5V時，標(biāo)稱滿刻度輸出為：2mV/V × 5V = 10mV，偏移電壓可能是0.2mV，或滿刻度的2%；最小和最大滿刻度輸出電壓可能是5mV和15mV，或標(biāo)稱滿刻度的±50%。

假設(shè)兩個電阻串聯(lián)形成電阻串，由于是等值電阻，因此兩電阻間的節(jié)點電壓是電阻串電壓的一半。如果一個電阻值增加1%，另一個電阻減小1%，那么兩個電阻節(jié)點處的電壓將改變1%。如果將兩個電阻串進(jìn)行并聯(lián)，如圖1所示，左邊下方的電阻和右邊上方的電阻阻值均減小1%，另外兩個電阻增加1%，那么兩個“中”點間的電壓將從零差值變?yōu)楦淖?%。兩個并行分支的這種配置就被稱為惠斯頓橋。

如果不了解偏移以及傳感器輸出電壓和壓力之間的真實關(guān)系，我們就只能粗略估計施加于壓力傳感器上的壓力大小。這意味著需要采樣校準(zhǔn)的方法來獲得更好的精度。幸運的是，給定壓力傳感器的偏移和滿刻度誤差隨時間變化相當(dāng)穩(wěn)定，因此一旦壓力傳感器得到校準(zhǔn)，在該壓力傳感器生命期內(nèi)可能無需改變校準(zhǔn)系數(shù)就能滿足精度要求。當(dāng)然，在每次上電時通常需要再次校準(zhǔn)系統(tǒng)。

基本信號調(diào)節(jié)電路由一個儀表放大器和一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)組成。儀表放大器將來自傳感器的小輸出電壓放大到適合ADC的電平，然后由ADC將放大后的傳感器輸出電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字式，再交給控制器或DSP處理。儀表放大器可以用來避免橋過載，而這種過載會改變傳感器輸出電壓值。
傳感器的滿刻度輸出即最大輸入，能夠在放大器輸入端看到。當(dāng)傳感器輸出處于滿刻度時，ADC輸入應(yīng)該接近其滿刻度值，這個值通常就是ADC的參考電壓VREF。

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