压力传感器范文

压力传感器篇1

应变式称重传感器，1938年美国加利福尼亚理工学院教授E・Simmons（西蒙斯）和麻省理工学院教授A・Ruge（鲁奇）分别同时研制出纸基丝绕式电阻应变计，以他们名字的字头和各有二位助手命名为SR-4型，由美国BLH公司专利生产.1940年美国BLH公司和Revere公司总工程师A・Thurston利用SR一4型电阻应变计研制出圆柱结构的应变式负荷传感器，用于工程测力和称重计量，成为应变式负荷传感器的创始者.

1973年美国学者霍格斯特姆为克服正应力负荷传感器的固有缺点，提出不利用正应力，而利用与弯矩无关的切应力设计负荷传感器的理论，并设计出圆截工字形截面悬臂剪切梁型负荷传感器.打破了正应力负荷传感器的一统天下，形成了新的发展潮流.这是负荷传感器结构设计的重大突破.

1974年前后美国学者斯坦因和德国学者埃多姆分别提出建立弹性体较为复杂的力学模型，利用有限单元计算方法，分析弹性体的强度、刚度，应力场和位移场，求得最佳化设计.为利用现代分析手段和计算方法设计与计算负荷传感器开辟了新途径.

经历了70年代的切应力负荷传感器和铝合金小量程负荷传感器两大技术突破；80年代称重传感器与测力传感器彻底分离，制定R60国际建议和研发出数字式智能称重传感器两项重大变革；90年代在结构设计和制造工艺中不断纳入高新技术迎接新挑战，加速了称重传感器技术的发展；2000年OIML R60首次引入族和组、分配系数PL范围等新概念.

2 应变式压力传感器原理

将电阻应变片粘贴在弹性元件特定表面上，当力、扭矩、速度、加速度及流量等物理量作用于弹性元件时，会导致元件应力和应变的变化，进而引起电阻应变片电阻的变化.电阻的变化经电路处理后的以电信号的方式输出，这就是电阻应变式传感器的工作原理.

电阻丝应变片一般是粘贴在传感器的弹性体上，当传感器承受压力后，弹性体产生形变，引起粘贴在弹性体上的应变片电阻值变化.在一般情况下，传感器内都是由4个应变片组成一个测量电桥，在大多数的使用情况下，传感器内部4个应变片同时受力，并且在受压形变的作用下，2个应变片阻值增大，2个变小.

检测电路的功能是把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出.因为电桥具有很多优点，如可以抑制温度变化的影响，可以抑制侧向力干扰，可以比较方便的解决称重传感器的补偿问题等，所以电桥在称重传感器中得到了广泛的应用.因为全桥式等臂电桥的灵敏度最高，各臂参数一致，各种干扰的影响容易相互抵消，所以称重传感器均采用全桥式等臂电桥.

3 应变式力学传感器应用实例-电子秤

3.1 电子秤构造

压力传感器篇2

【关键词】智能压力传感器系统设计

传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

一、结构设计

传感元件位于整个传感器系统之首，被监测的压力量需要通过传感元件转换为电信号才能正确进行处理，因此传感元件的好坏直接影响着传感器系统的准确运行。通常为了更好的得到信息数据会采用固态压阻式压力传感器，这种传感器体积小、精度高、灵敏度高并且具有很高的可靠性。整个固态压阻式压力传感器的核心部分是一块硅膜片，膜片周围由硅环进行固定，而膜片的两边有两个压力腔，一个是低压腔，另一个是高压腔。当膜片的两边因为存在的压力差而变形时，相应的膜片上的各点就会产生应力，从而使电阻阻值发生变化，也就会使电桥失去原有的平衡，输出相应的电压，这个电压也就反映了膜片上的压力差值。同时，在进行电阻的布置时也要根据电阻的特点进行布置，从而使电桥形成全等臂差动电桥，以提高整个压力传感系统的灵敏度。在智能压力传感器的设计中，微处理器是最核心的器件，因此在选择的时候要选择性价比高的、功能较为强大的处理器。智能压力传感器的结构框图，如图1。

二、智能压力传感器设计要点

1.正确进行安装。通常智能压力传感器的损坏都是由于安装位置的不恰当引起的，如果将传感器安装在过小或不规则的孔中，就有可能会造成传感器的震动膜受到冲击而损坏，所以要选择合适的工具加工安装孔，防止传感器在使用过程中的脱落。

2.注意误差及温度补偿。虽然智能压力传感器已经将数据误差缩小到很小了，通常情况下用来避免误差时常采用半桥差动或全桥差动的电路，以进一步缩小误差，提高输出的灵敏度。而同时全桥差动的电路也有温度补偿的作用，可以有效减小温度对于压力传感器的影响，所以得到了更广泛的应用。

三、智能压力传感器的发展方向

（1）向高智能、高精度发展。随着自动化生产技术的不断提高，对于传感器的要求也在不断提高，只有研制出高灵敏度、高精确度、高运行速度的新型压力传感器才能确保生产的高效性。（2）向高可靠性、宽温度范围发展。目前大部分的传感器工作的温度范围都在-20℃～70℃之间，远远不能够满足工业生产的需要，因此，要开发应用温度范围更广的传感器。而传感器的可靠性也直接影响到电子设备的性能，所以研制高可靠性的智能压力传感器将是永久性的方向。（3）向微型化发展。虽然现在的智能传感器应用的软件已经越来越小了，但是传感器控制仪器设备的体积却没有多大变化，只有将仪器的体积缩小，才能真正实现高效、广泛利用，这就要求生产企业开发使用新材料和新的生产加工技术，以实现设备的微型化，当然目前所使用硅材料制作的传感器体积已经很小了，但却并不能就此放弃对更多材料应用的探索。（4）高智能化。现在的智能压力传感器已经将普通传感器检测信息的功能和微处理器的信息处理功能很好的结合在了一起，但就目前形势看来应用并不广泛，所以，应该进一步探讨更多的生产技术，提高设备的智能系统，降低设备的生产成本，从而真正促进智能压力传感器的应用普及。

四、结语

智能压力传感器系统相比起普通压力传感器来说有结构简单、体积小、性能稳定、可靠性高等诸多优点，也有很高的性价比。我国智能压力传感器的应用和设计并不完善，需要投入更多的精力去进行探索，只要我们敢于尝试、敢于探索，一定能发现更加利于生产的智能压力传感器系统，以推动我国工业的发展。

参考文献

[1]王泉.智能压力传感的研究与设计[J].电子质量，2009（2）

[2]董杰.智能压力传感系统的设计[J].可编程控制器与工厂自动化，2009（9）

压力传感器篇3

【关键词】压力变送器；扩散硅压力传感器；零点漂移；补偿方法

1 绪论

1.1 变送器发展现状

变送器作为重要的基础自动化仪表被广泛应用于工业现场的传送与检测过程。回顾变送器的发展历程，大致经历了以下几个阶段：（1）起初生产的变送器工作原理是大位移，这一时期的变送器的精确度很低，而且重量较大。（2）进入上世纪50年代产生了基于力平衡的差压变送器，这种变送器比大位移式变送器精确度要高，但是存在易受现场干扰等技术缺点。（3）第三个阶段出现的变送器其特点是采用新型的材料，比之上几代的变送器精确度得到了改善。（4）到了20世纪90年代，随着电子技术的迅猛发展，变送器的技术性能得到极大提高，并向智能化方向发展。

1.2 国内外压力传感器发展现状及发展趋势

相对于国外，我国对压力传感器的发展起步较晚，较之美国、日本、德国等老牌电子产业大国，我国压力传感器不论从性能还是水平，都有一定的差距。从目前各个国家的研究情况及市场需求来看，压力传感器的发展主要集中在以下几个方面：（1）着重研发适用于高温作业的压力传感器：这类传感器以新型半导体材料为膜片的压阻式压力传感器为代表。（2）以微机械加工为特点的压力传感器得以发展：这一类压力传感器有着较高的线性度，通常制作成微型、甚至是超微型传感器并广泛应用于医学领域的器官数据采集中。（3）以热零点漂移为代表的补偿问题受到关注：在传感器的应用过程中，一直存在传感器的线性度等受到温度影响而发生漂移的问题。未来的传感器发展的趋势必定是朝着“五化”前进，即小型化、集成化、智能化、系列化、标准化。

2 压力传感器的工作特性及其零点漂移

2.1 压阻式压力传感器的静态特性指标

压力传感器主要有以下几种静态性能指标：（1）静态灵敏度传感器被测量的单位变化量引起的输出变化量称为静态灵敏度，是重要的性能指标。它可根据传感器的测量范围、抗干扰能力等进行选择；特别是对传感器中的敏感元件，其灵敏度的选择尤为关键。（2）线性度，理论上来说，传感器的静态特性是一条直线，但实际上，由于种种原因传感器的实测输入/输出关系并不是一条直线，因此传感器实际的静态特性的校准特性曲线与某一参考直线不吻合程度的最大值就是线性度。（3）零点漂移，当传感器的输入和环境温度不变时，输出量随时间变化的现象就是漂移。它是由于传感器内部各个环节性能不稳定，或内部温度变化引起的，是反映传感器稳定性的指标。

2.2 压阻式压力传感器的工作原理分析

利用压阻式变换原理可以制成压敏电阻，压敏电阻可以感受物体受力时产生的应变力。应变力让压敏电阻的阻值发生变化，通过电桥进一步将电阻变化转化为电压或者电流的变化。利用压阻式变换原理制成的传感器即为压阻式传感器。半导体材料的压阻效应：当固体受到作用力后其电阻率会发生变化，这一现象称为固体的压阻效应。用集成电路工艺制成扩散型压敏电阻，扩散型硅压力传感器运用的正是这种效应，在半导体材料中的应变系数远大于金属片的应变系数，而且其应变系数的变化主要是由电阻率的相对变化引起的。压阻式压力传感器主要优点是：压阻系数很高，分辨率较高，动态响应好，但其最大的缺点就是压阻效应的温度系数大，存在较大的温度误差。

2.3 压阻式压力传感器的热零点漂移问题的研究

2.3.1 压阻式压力传感器零点漂移的表示

由于压敏电阻制造工艺的不一致性，因此温度零点漂移系数不是一个定值，它在不同的温度区间有不同的值。通常也可以规定为某个温度范围内零点输出占满量程输出的比例（±百分数）或最大温度零点系数（即零点输出温度变化的最大

斜率），一般该系数取值不能超过传感器精度值。

2.3.2 零点热漂移产生原因的半导体理论分析

只有当电阻的掺杂浓度和阻值一致时，才能使电桥的零点输出电压小，零点热漂移也小。这对提高传感器的性能十分有利。但是扩散时掺杂分布不易做到均匀，因此要求压敏电阻条越接近越好，越短越好。

2.3.3 零点热漂移产生原因的电路分析

理想的情况下，组成惠斯通电桥的四个扩散电阻的阻值应该是相等的。零点温度漂移的产生是由于扩散电阻的阻值随温度变化引起的，在一定的温度范围内，电阻值随温度的增加而增加，即扩散电阻的温度系数r为正值。

3 压力传感器热零点漂移的补偿技术

关于压力传感器的零点漂移补偿问题，国内外学者已经做了大量研究，并发表了一系列补偿技术和算法。从整体上来分，可以分为硬件补偿和软件补偿两大方向。下面分别就这两个方向的代表性方法做简单介绍。

3.1 硬件零点补偿方法

对压力传感器而言，硬件补偿方法有在桥臂上串、并联恰当恒定电阻法，桥臂热敏电阻补偿法，桥外串、并联热敏电阻补偿法，双电桥补偿技术、三极管补偿技术等。

3.2 软件补偿零点漂移方法

在信号采集过程中，在触发信号未发生到触发采集以及在采集结束后的这些时间段里，输入的信号为零，输出的信号不为零，这种采集到的输出数据以随机噪声的形式存在，对于数据的计算与处理是没有意义的，我们定义这段时间里采集到的信号值称之为零点漂移。

3.2.1 多项式拟合规范化法

由于在实际测量中。压力传感器所测量的温度、压力等物理量不会与输出值是严格的线性关系，因此其函数关系常常是多项式形式。多项式可用于非线性信号的拟合，关键在于求解其各项系数。

3.2.2 rbf神经网络法

基本原理：通常零点温度补偿软件算法中公式法较复杂，切拟合精度常会受到限制。人工神经网络法具有使用的样本数少，算法简单、具有任意函数逼近能力，应用前景良好。

此外软件法还包括查表法、插值法等，还有一些厂家从传感器本身的特点出发，采用特殊技术，如改变掺杂浓度等，或者采用自校准技术来解决零点漂移的问题，但这些方法补偿精度不高，效果远没有上述三种方法好，因此这里就不一一列举。

4 结论

总的来说，上述硬件补偿、软件补偿方法，均可实现温度引起的传感器零点漂移，都是行之有效的途径。但较国外发展情况来看，我们做的还远远不够，前方的路还很长。借鉴国内外传感器生产厂家零点补偿、零点温度补偿工艺，积累经验，自主开发研制。硬件补偿固然重要有其优势所在，但毕竟信息技术在发展，仪器设备微型化、智能化是不言而喻的大趋势，所以我们必须加紧其补偿方法的研究，尤其是在软件补偿方面，利用神经网络方法补偿更显得尤为重要。

【参考文献】

[1]宋文绪，扬帆.传感器与检测技术[m].北京：高等教育出版社，2009.

压力传感器篇4

关键词 单片集成 压力传感器 信号处理

中图分类号：TP212 文献标识码：A

0前言

随着科学技术的迅速发展，传感器技术也逐渐应用到国民经济的各个领域，从汽车电子到医疗设备，传感器技术随处可见。因此，提高传感器和检测电路的整体性能是非常有必要的。集成单片硅传感器，有效地将传感器与放大、运算以及温度补偿等环节一体化，组装成一个器件，既减少了成本，又提高了可靠性。

1电路硬件设计

压力传感器混合信号调理电路包括模拟部分和数宇部分。模拟电路包含：恒流源电路、放大电路和滤波电路。其中，恒流源电路为压力传感器供电；放大电路对传感器的输出信号进行放大并归一化；滤波电路抑制放大输出信号中的干扰。数宇电路包括开关量控制电路和RS232通信电路，RS232通信电路主要用于下位机与上位机的通信。混合信号调理电路整体框图如图1所示。

1.1恒流源电路设计

用恒流源供电时，由于采用的传感器具有灵敏度温度自补偿功能，无需外加电路补偿，简化了电路，节省了成本，恒流源供电电路如图2所示。

图中C点电压Vc是稳定的电压，由运放的“虚短、虚断”原理可知：B点电压VB=VC，则给传感器供电的电流激励I=VB/R需要注意的是，运算放大器的负载包含传感器电阻桥和电阻R，其中电阻桥1、3端所对应的阻值很大，同时电阻桥的电阻值随温度而改变，因此这两端的压降也会很大，再加上R的压降后会更大，因此运算放大器输出电压的最大幅值必须足够大。

1.2运算放大电路设计

仪表放大器具有高输入阻抗、低输出阻抗、高共模抑制比。通常，由集成运算放大器构成的仪表放大器价格较低，适应性较宽；单片式结构在生产时已经调整到很高的精度，但是价格比较昂贵。为了降低成本，采用三运放仪表运算放大电路。

1.3滤波电路设计

干扰抑制包括RC滤波电路以及软件编写的数宇滤波。RC滤波电路是为了抑制广谱噪声和模数转换前的抗混叠噪声；而软件编写的数宇滤波是为了使单片机的采集信号更准确。

RC滤波电路采用二阶RC有源低通滤波电路，RC有源滤波器的谐振频率可由RC网络任意设定，网络的损耗由运算放大器补偿。

1.4 RS232通信电路设计

RS232通信是PC机与单片机用2根线方式进行全双工异步通讯。由于AVR单片机输入输出电平为TTL电平，PC机配置的是RS232标准串行接口，二者电气规范不一致，因此必须进行电平转换。MAX232芯片是一种新类型的电平转换器，仅需+5 V电源供电。这种电平转换器可将2路TTL电平转换成RS232电平，也可将2路RS232电平转换成TTL电平。

2软件设计

软件分2部分：单片机程序和上位机串口通讯程序。单片机程序要完成上电初始化、数宇滤波、ADC采集、开关量控制和与上位机的通讯。上位机将设定的开关量通过RS232电路传给单片机，并保存在EEPROM中，传感器输出的压力值经过混合信号调理电路放大以及归一化后，单片机对其进行模数转换，将转换得到的结果与EEPROM中的值比较，根据结果所在的开关阂值范围，打开相应的开关量。

上位机串口通讯程序实现开关量的设定功能。通讯过程中数据都是以宇符型进行传输，这样就能避免控制宇符和数据的重复，使通讯更安全。上位机的程序是用Visual C ++提供的MFC编写，MFC中的MSComm控件通过串行端口传输和接收数据Csl，为应用程序提供串行通讯功能。

3总结

本文提出对称结构的放大器结构具有较高的共模抑制比，能够减小传感器输出的零点漂移，并可通过调零电阻对零点漂移进行一定的补偿。而且输出线性度良好，能够很好地处理传感器的弱信号。本文工作对高性能单片压阻式压力传感器的设计具有重要的指导意义。

参考文献

[1] 程维维.基于薄膜体声波谐振器（FBAR）技术的无线传感集成系统研究[D].浙江大学，2015.

[2] 李思颖，张正元，汤洁，丁大胜，张皓博.一种单片集成压力传感器信号调理电路的设计[J].微电子学，2014（01）：78-80+100.

压力传感器篇5

关键词 压力传感器；温度漂移；温度补偿

中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）10-0038-02

压力传感器的输出结果精度容易受到多种因素的影响，其中，唯独是影响传感器输出精度的最主要因素。目前，国内经常使用硬件补偿和软件补偿两类方法对压力传感器进行温度补偿。硬件补偿方法调试难度较高、精度低、通用性也较差，在实际工程中应用时，难以去得较好的效果；而软件补偿方法有效弥补了硬件补偿的缺点，其中BP神经网络补偿在实际工程中运用十分广泛，但是典型BP神经网络补偿法虽然精确度高，但是整个流程过于复杂、整个过程耗时较长，因此，本文提出了一种基于主成分分析的BP神经网络补偿方法，希望对提高补偿效率和准确性起到一定的作用。

1 典型BP神经网络补偿原理分析

BP神经网络是目前研究中应用范围最广的神经网络模型之一，BP神经网络术语单向传输网络结构，整个信息传输的过程呈现出高度的非线性特点。典型的BP神经网络结构包括输入层、隐含层和输出层3层结构。通常情况下BP神经网络只有这3层结构，这主要是由于单隐层的BP神经网络既可以完成从任意n维到m维的映射。其典型结构如下图所示。

BP神经网络结构模型

BP算法设计到了信息的正向传播以及误差的反向传播，信息首先从输入层传入，然后经过隐含层的处理传入输出层，最终输出的信息可以用下面的形式进行表示：

其中：、分别代表了隐含层及输出层的权值；

n0、n1分别对应了输入节点数及隐含层节点数。

输出层神经元的激励函数f1通常呈现出线性特点；而隐含层神经元的激励函数f2通常采用如下所示的形式在（0，1）的S型函数中进行输出：

由于BP神经网络隐含层采用的传递函数为对数S型曲线，其输出范围在（0，1）之间。为了避免节点在短时间之内饱和而无法继续进行训练，需要在训练开始之前利用下面公式对样本数据进行预处理：

，

其中：Ui、Pi均为训练数据的标定值；Uimin、Uimax分别表示输出电压的标定极值（最小和最大）；Pimin、Pimax分别表示压力的标定极值（最小和最大）。

当目标矢量为T，信息通过正向传递，可以得到误差函数，具体如下所示：

如果输出结果无法达到要求的误差范围，则返回误差信号并按照一定的权值对公式中的各层权值进行修正，直到输出结果达到期望值。

在利用典型BP神经网络进行压力传感器温度补偿的过程中，算法过于复杂，而且非常耗时，因此，需要对其进行改进，以提高补偿效率。

2 BP神经网络法的改进

2.1 改进原理

基于典型的BP神经网络，利用以下方法进行改进。

1）利用小波神经网络的思想对神经元的激励函数进行改进，从而实现小波特性与BP神经网络自学功能的充分结合，提高激励函数的逼近能力。以Morlet函数作为小波函数的母函数，可以降低不同层面神经元之间的影响，提高网络的收敛速度。以Morlet函数作母函数的小波函数属于幅值小波，其信号中包含了复值和相关信息，改进后的函数具体如下所示：

在本次研究中，我们选取了R个输入样本和N个输出节点，则可以利用下面的公式对第l个样本的第n个节点的输入进行表示：

其中：K表示神经网络隐含层的单元数量；M表示神经网络输入层的单元数量；ωn，k表示神经网络隐含层第k单元与输出层第n单元的连接权值；ak-小波伸缩因子；bk-平移因子；Sl（xm）―输入信号。

2）在计算过程中通过，附加动量法的应用可以有效改实现梯度方向的平滑过渡，使得计算结果更具稳定性。该方法以BP法为基础对权值进行调节，具体公式如下：

其中：t表示样本的训练次数；η表示学习速率；σ表示动量因子；σΔωki（t）表示附加动量项，它能够有效降低不同神经元之间的影响，提高网络的收敛速度。

2.2 主成分BP神经网络算法的实现

步骤1：按照典型BP神经网络数据预处理方法对样本数据进行预处理。

步骤2：利用主成分分析法对预处理后的样本数据进行分析，降低输入向量之间的影响，使各个输入变量的协同方差趋于统一，从而使各权值具有相同的收敛速度，并以此确定神经网络的输入节点。

步骤3：对神经网络进行初始化，并对其中的部分关键变量进行设置。

步骤4：为神经网络选取一组学习样本，以输入节点作为网络的输入向量，并输入期望fn，l，n=1，2，…，N；l=1，2，…，R。

步骤5：利用输入的网络参数计算网络的实时输出能力，当输出误差在允许范围之内时，停止训练；而当输出误差超过允许范围 ，则将误差信息进行反向传播，使权值沿误差函数的负梯度方向发生变化，然后利用梯度下降法计算出变化后的网络参数，然后再重复进行第4步的操作。

步骤6：BP神经网络在训练合格之后，对其进行样本补偿。

步骤7：对补偿后的样本进行反标准化处理，然后与实测数据进行误差比较，判断出网络改进之后的变化。

2.3 压力传感器温度补偿

根据前文提供的BP神经网络算法实现步骤，可以利用Matlab编程语言来实现。在实现该算法之后，我们通过在压力传感器量程范围内确定n个压力标定点，同时确定m个温度标定点。标准值发生器会根据每个标定点的信息产生对应的标定输入值。然后输入样本数据，样本数据按照目标值要求的±20%范围进行选择，然后以误差目标小于10-3进行训练，当达到误差目标之后，网络的收敛速度得到有效的提升。

3 结论

通过研究结果发现，利用主成分分析法对信息进行补偿之后，再利用BP神经网络对这些信息进行训练，其学习速度相对直接利用BP神经网络进行训练更高。同时，通过改进典型的BP神经网络，利用小波函数作为激励函数，并应用动量附加发对网络敏感性进行控制，可以有效避免网络发生局部极小问题。通过基于主成分的BP神经网络温度补偿方法可以使压力传感器受环境温度变化而发生的误差问题得到高效、精确的解决。

参考文献

[1]董九英.多传感器数据融合的主成分方法研究[J].计算机工程与应用，2009，45（33）：111-113.

压力传感器篇6

1、奥迪q73.0t机油压力传感器在发动机后面的缸体上,机油滤芯座旁边。

2、传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

（来源：文章屋网 ）

压力传感器篇7

关键词：压力传感器 信号调理 功能模块

传感器根据所测物理量的类型可分类为：测量温度的热电偶、电阻温度检测器（RTD）、热敏电阻；测量压力或力的应变片；测量溶液酸碱值的PH电极；用于光电子测量光强的PIN光电二极管等等。传感器可进一步分类为有源或无源。有源传感器需要一个外部激励源（电压或电流源），而无源传感器不用激励而产生自己本身的电压。随着现代数据采集系统的不断发展，对高精度信号调理技术的要求也越来越高。由于传感器输出的信号往往存在温漂、信号比较小及非线性等问题，因此它的信号通常不能被控制元件直接接收，这样一来，信号调理电路就成为数据采集系统中不可缺少的一部分，并且其电路设计的优化程度直接关系到数据采集系统的精度和稳定性。

一、传感器信号调理的作用分析

信号调理是把来自传感器的模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号。模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、力、流量、运动、位置、PH、光强等。通常，传感器信号不能直接转换为数字数据，这是因为传感器输出是相当小的电压、电流或电阻变化。然后，设计人员必须选择ADC。ADC应具有处理来自输入电路信号的能力，并能产生满足数据采集系统分辨率、精度和取样率的数字输出。在工业生产过程中，产品质量和生产效率是衡量一切生产活动优劣的两项主要指标。为了获得生产的高效率和高质量，需要对生产过程进行检测和控制；为保证产品质量，必须对企业生产的产品进行检验：为提高生产率和实现自动化，还需要对生产设备的运行状况进行监测。现代化的高新技术、尖端技术，如大规模集成电路的生产、航天飞行器的发射与飞行更离不开精密的测量；人们的现代生活、办公器械也越来越多地依赖于测量，如家电、汽车、复印机等等，都装有数量不等的各种传感器，通过测量与控制使其能圆满地完成预定的功能。

二、信号调理模块的设计

传感器信号调理模块主要由压力传感器、信号调理模块组成，其中信号调理模块由+1 2V转+5V及+5v转-5v电源模块，滤波电路及AD8230放大电路等器件组成。电源模块设计中由于AD8230的典型供电电压为士5v。因此采用了ADP667AR和ICL76602个电压转换模块分别为AD8230YR提供+5V和-5V的精准供电电压。在滤波电路的设计中实验中发现，压力传感器供电电压的变化对其输出有很大影响，故在采用ADP667和ICL7660为压力传感器和AD8230YR提供精准供电电压的基础上，分别在+5v和-5V电压的输出端设计了滤波电路，查阅相关资料，采用了适合该电路的n型滤波电路。放大电路模块的设计中，由于AD8230是一款利用动态校零技术，采用超小型SOIC工艺制作的稳零式精密仪表放大器，具有108Ω的高输入阻抗，能有效地抑制信号源与传输网络阻抗不对称引起的误差；在-40～125℃的工作温度范围，共模抑制比高达140dR，能有效地抑制共模干扰引入的误差，提高系统信噪比和对温度影响的抵抗能力，有效地保障了系统的测量精度。

三、信号处理电路的结构设计

（一）传输调理模块

传输调理模块主要由环流变送放大器AD693构成，AD693是集信号放大、补偿、v/l转换等功能为一体的单片集成电路，能将O～lOOmV的压力传感器信号转变为0～20mA的电流信号，便于远距离传送，不需调整，便可保证误差110.5%。压力传感器信号由脚+SIG和脚-SIG输入，经缓冲后通过内部闭环放大的输出信号，到V/I变换器转换成电流信号输出。其内部V/I变换器的转换系数为0.2666A/V，其输出范围有4～20mA、0～20mA、l2mA18mA3种，对应输入信号放大到15～75mV、0～75mV、45mV130mV。电路以压力传感器输出范围为0―l2mV为例，选择AD693的输入量程S

（二）隔离放大模块

传输调理模块输出的0～20mA的电流信号须经电流一电压转换和比例调节才能输出到AD转换器。电路采用了隔离放大器AD202作为电流一电压转换电路。AD202是一种变压器耦合、微型封装的精密隔离放大器，通过片内变压器耦合，对信号的输入和输出进行电气隔离。其由信号放大器、基准电压源、振荡器、过滤器及隔离变压器组成。工作时，+15V电源连到电源输入引脚31，使片内振荡器工作，从而产生频率为25Hz的载波信号，通过变压器耦合，经整流和滤波，在隔离输出部分形成电流2mA的17.5V隔离电压，在输入电路中，片内独立放大器能够作为AD202的缓冲或放大。放大后的信号经调制器后能把该信号变换成载波信号，经变压器送入同步解调器，以致重现输入信号。由于解调信号要经三阶滤波器滤波，从而使得输出信号中的噪声和纹波达到最小，为后级的AD转换提供了良好的激励源。

四、结束语

压力传感器篇8

关键词：传感器；AD转换；控制器；硬件电路

0 引 言

随着微电子工业的迅速发展，单片机控制的智能型控制器广泛应用于电子产品中，为了使学生对单片机控制的智能型控制器有较深的了解。经过综合分析选择了由单片机控制的智能型液位控制器作为研究项目，通过训练充分激发学生分析问题、解决问题和综合应用所学知识的潜能。另外，液位控制在高层小区水塔水位控制，污水处理设备和有毒，腐蚀性液体液位控制中也被广泛应用。通过对模型的设计可很好的延伸到具体应用案例中。

1 系统设计方案比较说明

对于液位进行控制的方式有很多，而应用较多的主要有2种，一种是简单的机械式控制装置控制，一种是复杂的控制器控制方式。两种方式的实现如下：

(1)简单的机械式控制方式。其常用形式有浮标式、电极式等，这种控制形式的优点是结构简单，成本低廉。存在问题是精度不高，不能进行数值显示，另外很容易引起误动作，且只能单独控制，与计算机进行通信较难实现。

(2)复杂控制器控制方式。这种控制方式是通过安装在水泵出口管道上的压力传感器，把出口压力变成标准工业电信号的模拟信号，经过前置放大、多路切换、AD变换成数字信号传送到单片机，经单片机运算和给定参量的比较，进行PID运算，得出调节参量；经由DA变换给调压变频调速装置输入给定端，控制其输出电压变化，来调节电机转速，以达到控制水箱液位的目的。

针对上述2种控制方式，以及设计需达到的性能要求，这里选择第二种控制方式，同时考虑到成本需要把PID控制去掉。最终形成的方案是，利用单片机为控制核心，设计一个对供水箱水位进行监控的系统。根据监控对象的特征，要求实时检测水箱的液位高度，并与开始预设定值做比较，由单片机控制固态继电器的开断进行液位的调整，最终达到液位的预设定值。检测值若高于上限设定值时，要求报警，断开继电器，控制水泵停止上水；检测值若低于下限设定值，要求报警，开启继电器，控制水泵开始上水。现场实时显示测量值，从而实现对水箱液位的监控。

2 工作原理

基于单片机实现的液位控制器是以AT89C51芯片为核心，由键盘、数码显示、AD转换、传感器，电源和控制部分等组成。

工作过程如下：水箱(水塔)液位发生变化时，引起连接在水箱(水塔)底部的软管管内的空气气压变化，气压传感器在接收到软管内的空气气压信号后，即把变化量转化成电压信号；该信号经过运算放大电路放大后变成幅度为0～5 V标准信号，送入AD转换器，AD转换器把模拟信号变成数字信号量，由单片机进行实时数据采集，并进行处理，根据设定要求控制输出，同时数码管显示液位高度。通过键盘设置液位高、低和限定值以及强制报警值。该系统控制器特点是直观地显示水位高度，可任意控制水位高度。

3 硬件设计

液位控制器的硬件主要包括由单片机、传感器(带变送器)、键盘电路、数码显示电路、AD转换器和输出控制电路等。

3.1 单片机

单片机采用由Atmel公司生产的双列40脚AT89C51芯片。

3.2 传感器

传感器使用SY一9411L—D型变送器，它内部含有1个压力传感器和相应的放大电路。压力传感器是美国SM公司生产的555—2型OEM压阻式压力传感器，其有全温度补偿及标定(O～70℃)，传感器经过特殊加工处理，用坚固的耐高温塑料外壳封装。

在水箱底部安装1根直径为5 mm的软管，一端安装在水箱底部；另一端与传感器连接。水箱水位高度发生变化时，引起软管内气压变化，然后传感器把气压转换成电压信号，输送到AD转换器。

3.3 键盘电路

P1口作为键盘接口，连接一个4×4键盘。

3.4 液位显示电路

液位显示采用数码管动态显示，范围从0～999(单位可自定)，选择的数码管是7段共阴极连接，型号是LDSl8820。在这里使用到了74LS373，它是一个8位的D触发器，在单片机系统中经常使用，可以作地址数据总线扩展的锁存器，也可以作为普通的LED的驱动器件，由于单独使用HEF4511B七段译码驱动显示器来完成数码管的驱动显示，因此74LS373在这里只用作扩展的缓冲。

3.5AD转换电路及控制输出

AD转换电路在控制器中起主导作用，用它将传感器输出的模拟电压信号转换成单片机能处理的数字量。该控制器采用CMOS工艺制造的逐步逼近式8位AD转换器芯片ADC0809。在使用时可选择中断、查询和延时等待3种方式编制AD转换程序。控制输出主要有上下限状态显示、超限报警。另外在设计过程中预留了串行口，供进一步开发使用。

4 软件设计

4.1 键盘程序

由于键盘采用的是4×4结构，因此可使用的键有16个，根据需要分别定义各键，0～9号为数字键，10～15号分别是确定键、修改键、移位键、加减键、取消键和复位键。

值得注意的是，在用汇编语言编写控制器程序时，相对会比较麻烦，如果用C语言编写程序会简单很多，这里就不再做具体说明。

5 结束语

基于单片机实现液位控制器模型设计的关键在于硬件电路的正确构建，只有在电路准确的前提下再进行软件编程才能取得成功。

参考文献

[1]黄智伟.传感器技术.2002，21（9）：31～33

[2]窦振中.单片机原理主程序设计.北京航空航天大学出版社.2000