压力传感器信号调理电路设计

时间：2022-09-30 02:53:41 电气自动化毕业论文我要投稿

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压力传感器信号调理电路设计

　　该文阐述了专门针对压力传感器的信号调理电路的设计。本论文从误差分析，力传感器的选定和放大电路的设计三个方面阐述该电路设计思路，重点阐述了放大电路部分的设计过程，参数计算、误差及温漂控制，对部分电路进行了系统仿真，仿真结果表明设计方案工作稳定可靠、噪声小，抗干扰能力强，能保证该信号达到后续电路的接收要求。

　　摘要： 压力传感器的应用领域十分广泛,几乎渗透到了各行各业,基于MEMS技术的硅基压阻式压力传感器的研发与应用,受到了业界的普遍关注。压力传感器的发展趋势是小型化、集成化和智能化。基于企业实际项目需求,完成了压力传感器混合信号调理电路的设计与实现。

　　关键词：放大电路信号调理噪声控制

　　1、引言

　　压力传感器在电子产品中的应用比较广泛，其信号调理电路通过对信号的调节变换，使信号达到后续电路的接收要求。电路的误差控制、抗干扰技术对电路的设计至关重要，电路的稳定性直接关系到单片机数据采集系统的准确性和产品的实用性。

　　本论文的信号调理电路主要用于电子称等衡器的前端信号处理，量程0―5Kg，其最大允许误差±1.5e(分度值e=2g)。本论文从误差分析，力传感器的选定和放大电路的设计三个方面阐述该电路设计思路。

　　2、硬件设计中误差解决方法

　　降低电路元器件产生的噪声、设置稳压电流源作传感器专用电源，可保证传感器输出信号精度高，纹波小，稳定可靠，选择合适的传感器。

　　由于组成电路的元件内部会产生一些噪声，并且实验中发现，噪声的功率与输入的电压有直接的关系，而且会对实验的参数产生较大的影响。在试验中对电阻等噪声较大的原件通过元件的噪声参数建立模型来进行系统分析。综合考虑成本及噪声性能，选择噪声较小的NE5532放大器电路，其相对噪声比优于同等价格的其他运算放大器。

　　传感器采用了N430-5kg应变式压力传感器，量程0～5kg，灵敏度为1.0mV/N，体积小，易携带;额定输出1.0±0.15mV/V，能够满足实验精度要求;并能够使产品具有便携性，力传感器后接电桥的以减少温漂，即电桥压力传感器的电桥电阻设为R1=R2=R3=R4=100Ω，差动工作，应变片使得电桥保持了平衡，使得电桥的输出电压与电阻变化有关，保持了一个即R1=R-△R，R2=R+△R，R3=R-△R，R4=R+△R，则电桥输出为

　　3、放大电路的分析与设计

　　整体电路设计如图3-1所示，包含两级放大电路，通过反馈设计提高了输出的准确性。第一级放大电路采用双运算放大器，此放大器小信号带宽10MHZ，功率带宽140KHZ，转换速率9V/us，符合一般控制电路的设计要求。第二级放大电路采用二阶低通滤波运算放大电路。

　　通过使用Multisim 12.0仿真软件中的函数发生器模拟在f0=10Hz下的滤波波形，其通带最大衰减为4.165518dB，阻带最大衰减为14.403186dB，其中R9和R11=R10//R12，由R12来确定放大倍数，算得Q=0.5，满足实验设计要求。

　　由于在 Multisim12.0仿真软件中，没有直接的电荷源信号，考虑到电阻应变式传感器输出为电压信号，改变传感器的应变重量，在形式上是以电压的形式输出的。在电路分析时可以把传感器看作一个电压源，其输出电压在其电电路中将信号传递给放大电路。所以在模拟仿真中，采用了TL431ACD 保证模拟信号输入端的稳定性。

　　4、软件设计中的误差补偿

　　采用延迟法进行误差补偿，在系统中，存在控制开关的抖动干扰。抑制这种噪声方法就是通过延时，让接通或断开信号稳定后系统再工作，就可以避免抖动干扰。

　　5、结语

　　本设计的放大电路的带宽在890mHZ～123HZ，测得输入为2.756mv时，输出为217.177mv，放大倍数约100倍。整体上对各种误差来源给以充分的估计，并针对不同的情况采取不同的技术措施，以提高系统的抗干扰能力，保证了系统的准确、可靠。

　　参考文献：

　　[1]庄严.《电子秤与智能仪器的设计》.仪表技术，2002.2.

　　[2]刘同娟，马向国.《Multisim在电力电子电路仿真中的应-用》.电力电子，2006.2.

　　[3]殷铸灵，许良军.《小信号放大电路的噪声分析》.机电元件，2011.12.

　　[4]程林.超省电型电子秤的设计方案[J].福建：福建省计量科学技术研究所，2008.3.

　　[5]中华人民共和国计量检测规定JJG?539-97，1997.9.

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