Sensor

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— 민감도 (mV/V)

P_FS— 본격적인 압력 (kPa)

작동 방식

이 계산기는 공정 제어 엔지니어, HVAC 시스템 설계자 및 자동차 센서 통합자에게 필수적인 압저항 압력 센서 브리지 출력 전압을 계산합니다.압전저항식 압력 센서에는 실리콘 또는 강철 다이어프램의 확산형 또는 박막 스트레인 게이지로 구성된 휘트스톤 브리지가 포함되어 있습니다.압력을 가하면 다이어프램이 편향되어 저항이 변해 브릿지의 균형이 깨집니다.출력은 Vout = Vex S (P/Pfs) 이며, 여기서 Vex는 자극 전압 (일반적으로 5-10V), S는 mV/V 단위의 감도 (일반적으로 OIML 권장 사항당 10-30mV/V), P는 적용 압력, Pfs는 전체 압력 입니다.5V 구동 시 20mV/V 센서는 풀 스케일에서 100mV를 생성합니다.IEC 61298에 따르면 압력 센서 사양에는 정확도 (+/-0.1 ~ +/ -1% FS), 비선형성 (+/ -0.1-0.5% FS), 이력 현상 (+/ -0.05-0.2% FS) 및 열 제로 시프트 (일반적으로 +/ -0.02% FS/C) 가 포함됩니다.하니웰, 센사타 및 보쉬의 산업용 센서는 AEC-Q100 자동차 인증에 따라 -40~+125C에서 +125C에 걸쳐 +/ -0.25% FS의 총 오차 대역 (TEB) 을 달성합니다.

계산 예제

문제: 유압 시스템의 하니웰 MLH500PSB01A 압력 센서 (0-500psi, 20mV/V 감도) 의 크기 신호 컨디셔닝구동은 10V이고 ADC는 12비트 (레퍼런스 5V 기준) 입니다.

해결 방법: 1.풀 스케일 출력: Vfs = 10V * 20 mV/V = 200 mV 2.필요한 앰프 게인: G = 4500mV/200mV = 22.5V/V (오프셋을 위한 헤드룸을 남겨 두십시오) 3.Rg = 50k/ (G-1) = 50k/21.5 = 2.33kOhm의 INA128 사용 (2.32kΩ 0.1% 사용) 4.350psi에서의 출력: 볼트 = 200 mV* (350/500) * 22.5 = 3.15V 5.ADC 해상도: 5V/4096 = 1.22 mV/LSB 6.압력 해상도: 1.22mV/22.5/200mV* 500psi = 0.136psi/LSB 7.센서 정확도: +/ -0.25% FS = 데이터시트당 +/-1.25psi TEB 8.커먼 모드 전압: 벡스/2 = 5V (INA128 은 5V 전원 공급 장치에서 0-5V Vcm를 처리합니다)

결과: G = 22.5인 INA128 해상도는 0.14psi 해상도를 제공합니다.센서 TEB (+/-1.25psi) 가 시스템 정확도를 지배합니다.

실용적인 팁

✓비율 측정 작동 사용: ADC 레퍼런스와 센서 자극을 모두 동일한 조정 전압에 연결합니다. Honeywell 기술 노트 HSC-AN-800 에 따라 전원이 +/ -5% 변동하는 경우 비례적으로 스케일링되고 Vout/Vex 비율은 일정하게 유지됩니다.
✓절대적인 정확도를 위해 제로 압력 및 알려진 기준 압력 (NIST-Traceable Calibrator) 에서 2점 교정을 수행하여 ISO 17025 요구 사항에 따라 오프셋 및 게인 오류를 모두 수정하십시오.
✓측정 노이즈로 나타날 수 있는 PWM 스위칭에서 발생하는 고주파 노이즈를 필터링하기 위해 각 자극 라인에서 센서 근처의 접지에 100nF 세라믹 커패시터를 추가합니다.

흔한 실수

✗센서 최대값을 초과하는 자극 적용: 과전압으로 인해 브리지 자체 발열이 발생하여 영점이 0.1-1% FS씩 변하고 정확도가 저하됩니다. 제조업체 데이터시트별로 최대 자극 (일반적으로 5-12V) 을 확인하십시오.
✗교정된 방향에 비해 센서를 거꾸로 설치: 대부분의 센서에 제로 캘리브레이션 시 다이어프램 데드 웨이트가 포함됩니다. 방향 변경으로 인해 다이어프램 압력 헤드와 동일한 오프셋 이동이 발생합니다 (액체가 채워진 센서의 경우 0.1-1% FS)
✗증폭기 입력에서의 커먼 모드 전압 무시: 브리지 출력은 Vex/2 커먼 모드에서 작동합니다. 텍사스 인스트루먼트 INA128 데이터시트에 따라 공급 레일에 Vex/2를 포함한 입력 범위가 있는 INA를 선택하십시오.

자주 묻는 질문

게이지, 절대압, 차압 센서의 차이점은 무엇입니까?

게이지 센서는 대기압을 기준으로 측정합니다 (1기압에서 제로 출력). 타이어 압력, 탱크 레벨, HVAC에 사용됩니다.절대 센서는 진공을 기준으로 측정하며 (0Pa에서 출력 영점), 고도계, 기압계, MAP 센서에 사용됩니다.차동 센서는 두 포트 간의 압력 차이를 측정합니다 (P1>P2는 양수, P1<P2는 음수). 유량 측정, 필터 모니터링, HVAC 구역 제어에 사용됩니다.하니웰 HSC 시리즈와 보쉬 BMP390 시리즈는 각 제품군별로 세 가지 유형을 모두 제공합니다.

써멀 제로 오프셋이란 무엇이며 어떻게 보정되나요?

열 제로 오프셋은 온도로 인한 저항 불균형으로 인한 제로 압력에서의 브리지 출력 변화입니다.IEC 61298에 따라 일반적으로 FS/C +/ -0.02% 로 지정됩니다.100°C 범위를 초과할 경우 이는 2% FS 오류입니다.보정 방법: (1) 브리지 네트워크에서 서미스터를 사용한 아날로그, (2) 온칩 온도 센서와 다항식 보정을 사용한 디지털 (Honeywell HSC, Bosch BMP390 같은 통합 센서).디지털 센서는 전체 온도 범위에서 +/ -0.5% TEB를 달성하는 반면, 보정되지 않은 아날로그 센서의 경우 +/ -2% 를 달성합니다.

브리지 자극 전압을 선택하려면 어떻게 해야 합니까?

자극이 높을수록 출력은 커지지만 (SNR 향상) 자체 발열은 증가합니다.자체 발열 오류 = (Vex^2/Rbridge) * 열 저항.10V에서 350옴 브리지의 경우: P = 100/350 = 286mW.열 저항이 0.1C/mW인 경우 자체 발열이 28.6°C이므로 0.02% /C 드리프트에서 0.6% FS 오류가 발생합니다.표준 관행: 최대 5-10V 정격의 실리콘 브리지에는 5V를 사용하십시오.배터리로 구동되는 애플리케이션의 경우 최소 권장 전압 (보통 3V) 을 사용하여 Honeywell HSC 저전력 모드당 전력을 26mW 미만으로 줄이십시오.