摘要:压力传感器是现实生活中最为常用的一种传感器,其广泛运用于各种工业操控,轿车电子,医疗设备,本文首要针对应变电阻惠斯通电桥式传感器的出产标定做出扼要阐明,以供压力传感器工程人员参阅。限于编者水平有限,望读者对文中不当和过错之处给予批评指正。
传感器特性
图1为直流电桥,当时输出电阻无限大时,则前桥的输出可简化如下:
图2(左)为xxx型压力传感器输出特性曲线。分别为在-40°,0°,25°以及85°温度环境中测验电桥在不同压力下输出。实践运用中咱们往往希望传感器输出与温度无关且线性,如图2(右)。受限于MEMS规划制造工艺、资料物理特性等,MEMS传感器自身很难到达抱负要求,实践运用中往往需在MEMS后端参加信号调度芯片对其进行校准。
由图2可看出传感器输出不抱负要素首要有:零点漂移(offset),灵敏度(Sensitivity),以及其非线性(Nonlinearity)。其间零点漂移(offset)和灵敏度(Sensitivity)均受温度影响,即体现为温度系数。可分别由如下公式表明:
公式1为抱负传感器输出特性,而实践传感器特性则需借助于公式2,3,4分别对非线性(Nonlinearity),零点漂移(offset),灵敏度漂移(Sensitivity)进行描绘。
符号阐明:
Vout:引进温漂、非线性后的传感器输出
V0:非线性拟合多项式打开基准点
kn:n阶非线性系数
Tstand:多项式拟合温度基准点
tcn:零点漂移(offset)n阶温度系数
tsn:灵敏度(Sensitivity)n阶温度系数
信号调度芯片介绍
传感器信号调度芯片一般能够供给对前端传感器收集数据进行扩大、校准和温度补偿的功用,然后使得传感器器材具有安稳牢靠进行作业,而且使得器材之间具有杰出的一致性。除运用集成式的信号调度芯片外,传统计划也能够运用外围分立电路来完成传感器的校准与标定,但功率低下,且作用依赖于人工与经历,不适于规划出产。而经过信号调度芯片的运用,能够革除手艺校准的冗杂作业,而且进步传感器器材的牢靠性。常见的桥式信号调度芯片型号包含德国ZMDI公司的ZSC31010,美国美信公司的MAX1452,以及姑苏纳芯微电子公司的NSA2300。接下来本文将以NSA2300为例介绍信号调度芯片对传感器进行校准的相关阐明。NSA2300为一款专为桥式传感器供给的高集成、低功耗、高精度的传感器信号收集、扩大和校准的传感器接口芯片,能够用于压力传感器调度,磁传感器调度,各类应变式传感器接口等。NSA2300可为传感器供给零点偏移及其温度补偿,灵敏度及其温度补偿以及非线性补偿,不需要其他额定的外部器材支撑。NSA2300还供给多种温度丈量形式,一起支撑I2C/SPI数字输出和模拟输出,并可经过复用模拟输出引脚(AOUT)进行单线数字通讯(OWI)。
首要功用指标:
1、超宽的作业电压规模:1.8V ~ 5.5V
2、超宽的作业温度规模: -40 ℃~ 125 ℃
3、一起支撑24位ADC数字输出和12位DAC模拟输出
4、优异的噪声功用:600nV@OSR =1024X, Gain=32X (等效到输入噪声)
5、校准精度:0.05%FSO (一起支撑二阶温度系数、三阶非线性校准)
6、超快转化时2ms@OSR =1024X
7、支撑休眠作业形式,大幅减轻MCU担负
8、1X-128X可变增益的低噪声扩大器
9、支撑传感器确诊及输出箝位功用
10、高精度内部温度传感器(肯定精度0.5℃,分辨率0.01 ℃)
11、支撑多种外部温度传感器(二极管,二端、三端热敏电阻等)
12、支撑I2C/SPI串行通讯接口
13、支撑单线编程(复用模拟输出引脚)
图3NSA2300体系框图
NSA2300校准原理:
NSA2300可分别对零点漂移(offset),灵敏度(Sensitivity)校准至二阶温度系数,以及三阶非线性系数。