MPX2100壓力傳感器及其應(yīng)用

傳感器的工作原理，給出了基于MPX2100構(gòu)成的數(shù)字壓力計以及V/F變換器的應(yīng)用電路。

傳感器 電壓頻率變換 數(shù)字壓力計 MPX2100

利用Motorola公司生產(chǎn)的MPX2100半導(dǎo)體壓力傳感器可以把壓力轉(zhuǎn)換成毫伏級的差模電壓信號，該壓力傳感器具有良好的線性度，它的輸出電壓與所加壓力成精確的正比例關(guān)系。另外，MPX2100所具有的溫度被償特性克服了半導(dǎo)體壓力敏感器件存在溫度漂移問題，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。

1 工作原理

MPX2100有4個引腳，1腳接地，3腳加工作壓力，2腳和4腳之間輸出與壓力成正比的差模電壓信號。

MPX2100是一種壓阻式壓力傳感器，在硅基片上用擴散工藝制成4個電阻阻值相等的應(yīng)變元件構(gòu)成惠斯頓電橋。電橋有恒壓源供電和恒流源供電兩種供電方式。采用恒壓源供電的原理圖如圖1所示。

當(dāng)壓力傳感器受到壓力作用時，一對橋臂的電阻值增大ΔR，另一對橋臂的電阻值減少ΔR，電阻變化量ΔR與壓力成正比，即ΔR=KP，電橋輸出電壓Uo=E(ΔR/R)=(EK/R)P，即電橋輸出電壓與壓力P成正比。

2 基于MPX2100的數(shù)字壓力計

MPX2100構(gòu)成的數(shù)字壓力計如圖2所示。MPX2100的工作電壓為12V，傳感器4腳和2腳之間輸出的壓力信號送到IC1、IC2進行放大，放大器的增益為1+40/RP1，IC1、IC2接成同相輸入阻態(tài)，可以獲得儀器放大器所需的高輸入阻抗；IC3是一個單位增益的差動放大器，通過它可以獲得較高的CMRR，IC4和RP2分壓電路構(gòu)成調(diào)零電路，RP1用來調(diào)節(jié)放大器電路的增益，以完成滿量程壓力時的顯示數(shù)字校準(zhǔn)。IC3輸出的電壓加在A/D轉(zhuǎn)換器IC5的模擬電壓輸入端（31腳），并由IC5轉(zhuǎn)換成數(shù)字量以驅(qū)動LED顯示器顯示壓力的大小。

3 電壓頻率變換電路

圖3所示是由MPX2100構(gòu)成的電壓頻率變換電路。該電路由放大和電壓頻率變換兩部分組成，并由一個4運放和一些電阻組成放大電路，它具有高差模增益和高共模抑制比，而且輸入阻抗高，可以調(diào)整電路的偏置。電路的差模放大主要由A1完成，A2用來防止運放的反饋電路流入傳感器的負(fù)端。在零壓力時，傳感器的2腳和4腳之間的電壓之差為零。如果2腳和4腳的共模電壓各為4V（傳感器電源電壓的一半），則A1的1腳電壓也是4V，這樣，該電壓經(jīng)A3和A4路即可使其輸出為零壓力電壓。輸出端的零壓力偏置由R4和R12引入，調(diào)節(jié)R12可以設(shè)置偏置電壓。通過R7可選擇從13腳看過去的阻抗，通常為1kΩ。放大器增益AV=R5[1+(R11/R10)]/R6=125。選擇增益為125可使傳感器的滿量程輸出擺幅在32mV時放大到4V的擺幅。

A3輸出端輸出的0.5～4.5V的電壓經(jīng)V/F變換后可輸出1～10kHz的頻率。A3的8腳與AD654V/F變換器相連。其滿量程輸出頻率由R3、R13和C3決定，并可根據(jù)下式來計算：

Fout(滿量程)=Vin/[10(R3+R15)C3]

為了獲得最好的性能，R3和R13的選擇應(yīng)使AD654的3腳在滿量程時有1mA的驅(qū)動電流。AD654的輸入級是一個運放，因此它的3腳和4腳電壓相等（虛短），這樣在滿量程時，3腳的電壓為4.5V，R3+R13約為4.5kΩ，因此，流過R3和R13的電流為4.5V/4.5k=1mA。也就是說，R3+R13一旦給定，C3將決定V/F的滿量程輸出頻率。微調(diào)R13可實現(xiàn)滿量程頻率的調(diào)整。零壓力頻率的調(diào)整可通過調(diào)節(jié)R12來實現(xiàn)。頻率輸出的邊沿跳變速度可通過一個小信號FET反相器來提高（BS107A），該電路的最后輸出與微控制器的計數(shù)器輸入兼容。

MPX2100半導(dǎo)體壓力傳感器可為壓力探測提供一種性價比高的可靠方法，因此，它將在諸多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。