本文介紹了不同壓力傳感器的橋接配置，何時可以使用和不可以使用，以及各自的優缺點。

介紹

惠斯通電橋是Merit Sensor的核心壓力傳感器由硅蝕刻隔膜上的一組四個電阻器組成。 當壓力施加到隔膜時，電阻器會受到應力，從而改變它們的阻值。

在理想設置中，所有電阻器都將完美匹配并且完全不受溫度影響。

然而，實際上，每個電阻器的電阻值之間存在差異。 此外，溫度也會改變電阻值。 由溫度引起的電阻值和整個電橋輸出的變化稱為電阻溫度系數或 TCR。

許多應用都需要獨立于溫度工作的壓力傳感器。 此類應用需要補償壓力傳感器的 TCR。

TCR 補償可以通過兩種通用方法完成——被動和主動。 在無源補償中，必須測量每個電橋電阻器的值以確定補償電阻器所需的值。

在主動補償中，模擬電路、微控制器或信號調節器記錄各種壓力和溫度條件下的電橋輸出，并相應地調整傳感器輸出。

橋接配置

一種。 關閉– 連接所有電阻器的電橋（見圖 1）。

圖 1. 閉合橋。

在閉合電橋中，無法測量單個電阻器，因為電橋的其他三個電阻器始終會對它們產生影響。

b. 半開– 半開橋分為兩個分支并連接在一端（見圖 2）。

圖 2. 半開橋。

與閉橋不同，半開橋允許測量每個電阻器，如果需要確定傳感器的性能，這是一個優勢。 此外，半開橋可以根據需要添加有源或無源補償。

半開橋需要額外的電氣連接。

C。 全開– 全開橋分為兩個支路，兩端都是開路的（見圖3）。

圖 3. 全開橋。

與半開橋一樣，全開橋也可以對每個電阻進行測量。 它可以使用主動或被動補償。 此外，橋的每一半都可以獨立供電和測量，這是一個優勢，因為一些信號調節器通常用于壓力傳感器應用需要兩個獨立的分支。

然而，全開橋配置需要額外的電連接，這超出了半開配置所需的連接。

實現示例

一種。 關閉– 由于不可能測量閉合橋中的單個電阻器，因此它可以與有源補償一起使用，或者用于溫度變化引起的傳感器輸出波動可以接受的應用中。

圖 4 顯示了具有主動補償的閉合橋。

圖 4. 帶接口設備的閉合橋（信號調理 ASIC、微控制器、模擬電路等）

壓力開關是適用于封閉橋的一個示例，其中溫度獨立性并不重要。 在這里，知道已達到壓力閾值比測量絕對壓力更重要。

b. 半開– 如圖 4 所示，可以對半開橋應用主動補償。 同樣，無源補償也可以應用于半開橋，如圖 5 所示。

圖 5. 帶無源補償的半開橋。

圖 5 顯示了具有無源補償的半開橋的實現，表明添加的組件和額外的電氣連接 (V在+) 需要關閉橋梁。 顧名思義，額外的電阻器完成跨度、零和輸出阻抗補償。 在要求的條件下進行開橋測量后，必須添加這些組件。

C。 全開– 全開放式橋梁具有廣泛的實施范圍。 除了用作全開橋外，全開橋還可以用作封閉（圖 4）或半開橋（圖 5）。 圖 6 顯示了如何將全開橋用于兩個功能——壓力和溫度。

圖 6. 具有兩個功能的全開橋。

在這個實現中，橋的一半被用作壓力傳感器另一個用作溫度傳感器。 由于只有半個橋的電壓擺幅，因此只有一半的壓力輸出信號會出現。 然而，這提供了測量實際管芯溫度的額外好處。 與環境溫度測量相比，這種溫度測量可以為溫度補償提供更準確的輸入。

為應用程序選擇合適的配置

在決定橋梁配置時，有必要考慮整個傳感系統。 首先，用戶必須決定溫度獨立性是否重要。 如果它很重要，那么他們必須決定是使用被動補償還是主動補償。 如果選擇有源補償并使用信號調節器或其他電子設備，則應滿足該設備的要求。 必須小心，因為具有類似功能的設備可能有非常不同的要求。

如前所述，每種配置都有自己的優點和缺點。 盡管全開放橋增加的電氣連接增加了組裝的復雜性，但它提供了更大的靈活性，并且還提供了更輕松地解決橋問題的能力。

最終，必須根據對系統的全面分析來選擇網橋配置。

審核編輯：郭婷