압력 센서 브리지 출력

여기 전압, 감도 및 인가 압력으로부터 압저항식 압력 센서의 휘트스톤 브리지 출력 전압을 계산합니다.

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공식

V_out = V_ex × S × (P/P_FS)

S — Sensitivity (mV/V)

P_FS — Full-scale pressure (kPa)

작동 방식

압전저항식 압력 센서에는 실리콘 또는 금속 다이어프램에 분산형 또는 박막 변형률에 민감한 저항기로 구성된 휘트스톤 브리지가 포함되어 있습니다.압력을 가하면 다이어프램이 편향되어 저항 변화가 일어나 브리지의 불균형을 초래합니다.브리지 출력 전압은 V_out = V_ex × S × (P/P_FS) 입니다. 여기서 V_ex는 구동 전압, S는 mV/V 단위의 브리지 감도, P는 적용된 압력, P_FS는 정격 풀 스케일 압력입니다.전체 출력은 V_FS = V_Ex × S이며, 일반적으로 5~10V 자극의 경우 10—100mV입니다.V_out은 V_ex/2의 공통 모드 전압 위에 있는 차동 밀리볼트 신호이기 때문에 대규모 공통 모드 구성 요소를 거부하면서 차동 신호를 증폭하려면 계측 증폭기가 필요합니다.온도는 제로 오프셋 (제로 압력 출력 시프트) 과 스팬 (감도 변화) 모두에 영향을 미치므로 일반적으로 압력 센서 근처에 장착된 온도 센서를 사용하여 아날로그 또는 디지털 보정을 해야 합니다.

계산 예제

문제: 차압 센서의 감도는 20mV/V이고 풀 스케일 100kPa입니다.자극은 5V입니다. 35kPa에서의 출력은 얼마이며 3.3V ADC에 필요한 증폭기 게인은 얼마입니까?

해결 방법:

1.풀 스케일 출력: V_FS = 5 V × 20 mV/V = 100 mV

2.35kPa에서의 출력: V_OUT = 100mV × (35/100) = 35mV

3.필요한 앰프 게인: G = 3300mV/100mV = 33V/V

4.증폭 후 35kPa에서의 출력: 35mV × 33 = 1.155V

5.부분 편향: 35/100 = 35%

결과: 브리지는 35kPa에서 35mV를 출력합니다. 33의 게인은 100mV FS를 3.3V ADC 풀 스케일로 매핑합니다.

실용적인 팁

✓비율계 작동 사용 — ADC 레퍼런스와 압력 센서 자극을 모두 동일한 조정 전압에 연결합니다.공급량이 변동하는 경우 둘 다 비례적으로 스케일링되고 V_out/V_Ex 비율은 일정하게 유지됩니다.
✓절대적인 정확도를 위해 2점 교정 (제로 압력 및 알려진 기준 압력) 을 수행하여 오프셋 및 게인 오류를 모두 수정하십시오.
✓압력 측정 노이즈로 나타날 수 있는 고주파 노이즈를 필터링하기 위해 각 자극 라인에서 센서 근처의 접지에 100nF 세라믹 커패시터를 추가합니다.

흔한 실수

✗센서 최대값을 초과하는 구동 전압 적용 — 과전압은 브리지 저항기의 자체 발열을 일으켜 영점 및 스팬을 이동시킵니다. 항상 최대 정격 자극 (일반적으로 5~12V) 을 확인하십시오.
✗센서를 정격 방향에 비해 거꾸로 사용 — 대부분의 센서는 다이어프램의 무게를 제로 캘리브레이션에 포함하며, 방향을 변경하면 다이어프램의 사하중 압력과 동일한 제로 오프셋이 발생합니다.
✗계측 증폭기 입력의 공통 모드 전압은 무시합니다. 브리지 출력은 V_ex/2 공통 모드를 사용합니다. 전원 공급 장치에 V_ex/2가 포함된 공통 모드 입력 범위를 갖춘 INA를 선택하십시오.

자주 묻는 질문

게이지, 절대압, 차압 센서의 차이점은 무엇입니까?

게이지 압력 센서는 대기압을 기준으로 압력을 측정합니다 (대기압에서 출력은 0임).절대 센서는 진공을 기준으로 측정합니다 (절대 압력 제로).차동 센서는 두 포트 간의 압력 차이를 측정합니다.HVAC 및 유체 흐름의 경우 차동 및 게이지 유형이 가장 일반적이며 고도계 및 기압계의 경우 절대 압력 센서가 사용됩니다.

써멀 제로 오프셋이란 무엇이며 어떻게 보정되나요?

열 제로 오프셋은 온도로 인한 저항 불균형으로 인한 제로 압력에서의 브리지 출력 변화입니다.이 값은 μV/V/°C 또는% FS/°C로 지정됩니다. 보정에는 일반적으로 온도 센서와 룩업 테이블 또는 펌웨어의 다항식 보정 또는 내부 온도 보상을 수행하는 통합 디지털 압력 센서 (예: BMP390) 가 사용됩니다.

브리지 자극 전압을 선택하려면 어떻게 해야 합니까?

자극이 높을수록 출력 전압은 커지지만 (SNR 향상) 자체 발열은 증가합니다.일반적으로 5-10V 정격의 실리콘 브리지 센서에 5V DC 자극을 사용하는 것이 일반적입니다. 배터리로 구동되는 애플리케이션의 경우 최소 권장 전압에서 AC 자극을 사용하여 전력 소비를 줄이되 센서가 AC 자극 정격인지 확인하십시오.

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