壓力傳感器信號調理電路設計

時間：2025-10-06 03:03:48 電氣自動化畢業論文

壓力傳感器信號調理電路設計

　　該文闡述了專門針對壓力傳感器的信號調理電路的設計。本論文從誤差分析，力傳感器的選定和放大電路的設計三個方面闡述該電路設計思路，重點闡述了放大電路部分的設計過程，參數計算、誤差及溫漂控制，對部分電路進行了系統仿真，仿真結果表明設計方案工作穩定可靠、噪聲小，抗干擾能力強，能保證該信號達到后續電路的接收要求。

　　摘要： 壓力傳感器的應用領域十分廣泛,幾乎滲透到了各行各業,基于MEMS技術的硅基壓阻式壓力傳感器的研發與應用,受到了業界的普遍關注。壓力傳感器的發展趨勢是小型化、集成化和智能化。基于企業實際項目需求,完成了壓力傳感器混合信號調理電路的設計與實現。

　　關鍵詞：放大電路信號調理噪聲控制

　　1、引言

　　壓力傳感器在電子產品中的應用比較廣泛，其信號調理電路通過對信號的調節變換，使信號達到后續電路的接收要求。電路的誤差控制、抗干擾技術對電路的設計至關重要，電路的穩定性直接關系到單片機數據采集系統的準確性和產品的實用性。

　　本論文的信號調理電路主要用于電子稱等衡器的前端信號處理，量程0―5Kg，其最大允許誤差±1.5e(分度值e=2g)。本論文從誤差分析，力傳感器的選定和放大電路的設計三個方面闡述該電路設計思路。

　　2、硬件設計中誤差解決方法

　　降低電路元器件產生的噪聲、設置穩壓電流源作傳感器專用電源，可保證傳感器輸出信號精度高，紋波小，穩定可靠，選擇合適的傳感器。

　　由于組成電路的元件內部會產生一些噪聲，并且實驗中發現，噪聲的功率與輸入的電壓有直接的關系，而且會對實驗的參數產生較大的影響。在試驗中對電阻等噪聲較大的原件通過元件的噪聲參數建立模型來進行系統分析。綜合考慮成本及噪聲性能，選擇噪聲較小的NE5532放大器電路，其相對噪聲比優于同等價格的其他運算放大器。

　　傳感器采用了N430-5kg應變式壓力傳感器，量程0～5kg，靈敏度為1.0mV/N，體積小，易攜帶;額定輸出1.0±0.15mV/V，能夠滿足實驗精度要求;并能夠使產品具有便攜性，力傳感器后接電橋的以減少溫漂，即電橋壓力傳感器的電橋電阻設為R1=R2=R3=R4=100Ω，差動工作，應變片使得電橋保持了平衡，使得電橋的輸出電壓與電阻變化有關，保持了一個即R1=R-△R，R2=R+△R，R3=R-△R，R4=R+△R，則電橋輸出為

　　3、放大電路的分析與設計

　　整體電路設計如圖3-1所示，包含兩級放大電路，通過反饋設計提高了輸出的準確性。第一級放大電路采用雙運算放大器，此放大器小信號帶寬10MHZ，功率帶寬140KHZ，轉換速率9V/us，符合一般控制電路的設計要求。第二級放大電路采用二階低通濾波運算放大電路。

　　通過使用Multisim 12.0仿真軟件中的函數發生器模擬在f0=10Hz下的濾波波形，其通帶最大衰減為4.165518dB，阻帶最大衰減為14.403186dB，其中R9和R11=R10/pic/p>

　　由于在 Multisim12.0仿真軟件中，沒有直接的電荷源信號，考慮到電阻應變式傳感器輸出為電壓信號，改變傳感器的應變重量，在形式上是以電壓的形式輸出的。在電路分析時可以把傳感器看作一個電壓源，其輸出電壓在其電電路中將信號傳遞給放大電路。所以在模擬仿真中，采用了TL431ACD 保證模擬信號輸入端的穩定性。

　　4、軟件設計中的誤差補償

　　采用延遲法進行誤差補償，在系統中，存在控制開關的抖動干擾。抑制這種噪聲方法就是通過延時，讓接通或斷開信號穩定后系統再工作，就可以避免抖動干擾。

　　5、結語

　　本設計的放大電路的帶寬在890mHZ～123HZ，測得輸入為2.756mv時，輸出為217.177mv，放大倍數約100倍。整體上對各種誤差來源給以充分的估計，并針對不同的情況采取不同的技術措施，以提高系統的抗干擾能力，保證了系統的準確、可靠。

　　參考文獻：

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