【正文】 種封裝應(yīng)力引起。補(bǔ)償電阻的選擇：硼擴(kuò)散電阻的溫度系數(shù)是正值，且與薄層電阻有關(guān)，一般為(1～2) ， 熱敏電阻的溫度系數(shù)是負(fù)值，而且溫度系數(shù)較大，一般為(20～70) 310/C???。采用這種方法補(bǔ)償可以收到滿意的效果。這里選用LM334，,。21340R??15R?27同理，即 ,計(jì)算得 ,取標(biāo)稱值 ，所以 。但只要適當(dāng)選擇應(yīng)變片的雜質(zhì)濃度，電橋的輸出受溫度影響減小，這是恒流源的優(yōu)點(diǎn)。2I+ 信號(hào)地可以為信號(hào)處理電路提供恒定電壓。LM124的管腳接線圖如下所示。為保證在使用很長(zhǎng)傳輸線時(shí)仍達(dá)到良好的性能，所有相同阻值電阻之間應(yīng)匹配良好。 濾波電路設(shè)計(jì)凡是由放大器等有源元件和無(wú)源元件組成的濾波器稱為有源濾波器。(a)幅頻響應(yīng) (b)相頻響應(yīng)圖 RC 低通電路的頻率響應(yīng)設(shè)計(jì)一：從傳感器輸出的電流并不是穩(wěn)定的，它隨橋臂電阻的變化而變化，加上如圖 （1）所示的濾波電路，可以有效的濾除高次諧波。圖中在本級(jí)mAI41?15R617PR電壓輸入正端疊加一個(gè)調(diào)零電壓，使不足 4mA 的靜態(tài)工作電流達(dá)到 4mA。兩線制V/I變換器與一般V/I變換電路不同在：電壓信號(hào)不是直接控制輸出電流，而是控制整個(gè)電路自身耗電電流。兩線制變送器的原理是利用了 4～20mA 信號(hào)為自身提供電能。常取2mA作為斷線報(bào)警值。按一百米距離計(jì)算，省去兩根導(dǎo)線意味著成本降低近百元。3．串行接口設(shè)計(jì)圖 串行接口CH341 是一個(gè)USB 總線的轉(zhuǎn)接芯片，通過(guò)USB總線提供異步串口、打印口、并口以及常用的2線和4線等同步串行接口。1C如果 USB 產(chǎn)品使用 USB 總線的電源，并且在 VCC 和 GND 之間并聯(lián)了較大的電容，使得電源上電過(guò)程較慢并且電源斷電后不能及時(shí)放電，那么 CH341 將不能可靠復(fù)位。負(fù)載設(shè)備可以是被動(dòng)發(fā)送器、接收器或收發(fā)器(發(fā)送器和接收器的組合)。RS485 收發(fā)器采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力，加上接收器具有高的靈敏度，能檢測(cè)低達(dá) 200mv 的電壓，故傳輸信號(hào)能在千米以外得到恢復(fù)。數(shù)據(jù)采集采用查詢方式，進(jìn)入子程序模塊后先關(guān)中斷，模塊執(zhí)行完后再開(kāi)中斷。根據(jù)實(shí)際觀測(cè)到的漂移情況，此項(xiàng)測(cè)量誤差約為 初 始 值????410?2. 傳感器安裝傾斜產(chǎn)生的測(cè)量誤差 2若傳感器在安裝時(shí)端面的法線與間隙的變動(dòng)方向不一致，也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)測(cè)量誤差。信號(hào)源是用來(lái)給運(yùn)算電路提供載波信號(hào)的，它的幅值穩(wěn)定性直接對(duì)放大器輸出的調(diào)幅波產(chǎn)生影響。2．初步建立變送器的各個(gè)系統(tǒng)，熟悉各個(gè)系統(tǒng)的概念、組成、功能。8．對(duì)本課題的研究是以濟(jì)南亞民自動(dòng)化儀表有限公司的產(chǎn)品為基礎(chǔ)，對(duì)該儀器的小型化做了進(jìn)一步的改進(jìn)，將壓力變送器中的所有功能模塊都集中到了一個(gè) PCB 板上，使壓力變送器成為了一臺(tái)便攜的測(cè)量?jī)x器。同時(shí)，恒流源供電要比恒壓源供電更能消除溫度對(duì)傳感器的影響。7 總 結(jié)本論文完成了對(duì)“ 擴(kuò)散硅壓力傳感變送器 ”的研制與改進(jìn)。由于 越大，? ?越大，因此應(yīng)對(duì)傳感器安裝時(shí)的 加以限制。具體測(cè)量數(shù)據(jù)如表 所示。 很 多 情 況 下 ， 連 接 RS485通 信 鏈 路 時(shí) 只 是 簡(jiǎn) 單 地 用 一 對(duì) 雙 絞 線 將 各 個(gè) 接 口的 “A”、 “B”端 連 接 起 來(lái) 。485總線系統(tǒng)更適合于應(yīng)用在小型的對(duì)于速度要求不是很高，數(shù)據(jù)傳輸量不是很大的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中。2U4．USB轉(zhuǎn)RS485 總線接口電路設(shè)計(jì)在工業(yè)控制及測(cè)量領(lǐng)域較為常用的網(wǎng)絡(luò)之一就是物理層采用RS485通信接口所組成的工控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。如果 USB 產(chǎn)品通過(guò)其他供電方式提供常備電源，那么 CH341也應(yīng)該使用該常備電源，如果需要同時(shí)使用 USB 總線的電源，那么可以通過(guò)阻值約為 1Ω的電阻連接 USB 總線的 5V 電源線與 USB 產(chǎn)品的 5V 常備電源，并且兩者的接地線直接相連接。另外，在儀器的小型化方面，對(duì)供電電源也有較高的要求。工業(yè)電流標(biāo)準(zhǔn)下限為4mA，因此，只要在量程范圍內(nèi)，變送器至少有4mA供電。采用電流信號(hào)的原因是不容易受干擾。由此式可以看出,負(fù)載電流的大小與負(fù)載本身的大小無(wú)關(guān),而是與21UIiL?電阻 的大小有關(guān)。 圖 調(diào)零電路圖2. 調(diào)滿電路 圖 調(diào)滿電路是由 、 、 組成的對(duì)上一級(jí)電壓輸出分壓構(gòu)成。在濾波電路中采用了 RC 低通濾波電路, 低通濾波電路是只允許低于某一頻率的信號(hào)通過(guò)，而不允許高于該頻率的信號(hào)通過(guò)。 有 源 濾 波 電 路 不 適用 于 高 電 壓 大 電 流 的 場(chǎng) 合 ， 只 適 用 于 信 號(hào) 處 理 。0 ???20R由于惠斯登電橋的滿量程輸出為 10～20mV，希望放大后輸出信號(hào)在 1～2V 之問(wèn)，需要放大器的增益在 100 倍左右即： 。 在理想情況下，即假設(shè)集成運(yùn)放A1,A2,A3 都具有理想運(yùn)放的特性。15 V ,而且驅(qū)動(dòng)功耗低,每一組運(yùn)放差模增益可達(dá)到100 dB。OP07 同時(shí)具有輸入偏置電流低（OP07 為177。通常情況下，恒流源模塊是在室內(nèi)的，而傳感器則是室外的。在T= 25℃1R2R2 SETI時(shí)設(shè)定電流計(jì)算公式如下所示，假定整個(gè)二極管（VD） ， 兩端的電1R壓 （64mV+ ％） 。當(dāng)溫度變化時(shí)，輸出電壓V還和溫度有關(guān)，即 與 成非線性關(guān)系，所以用恒壓源供電時(shí)，不能消除溫度的影響。由于TZR13RTZR24R的接人，G稍有變化。R當(dāng)四個(gè)橋臂電阻不平衡時(shí)， 10()4inPOUTR??溫度升高 ，T?120()()inPOT??式中 為擴(kuò)散電阻等效溫度系數(shù)。C???/1024 零位溫度系數(shù)及其補(bǔ)償零位隨著溫度的不同而變化，溫度變化 后，零位電壓也隨之增加或減少一定的數(shù)T?值。恒流源供電時(shí)，當(dāng)溫度升高，欲使 不變，可升高?橋路供電電壓。 靈敏度溫度系數(shù)及其補(bǔ)償 靈敏度漂移產(chǎn)生的原因壓阻式傳感器的靈敏度漂移是由于壓阻系數(shù)隨溫度變化引起的。Id而由于四個(gè)橋臂電阻的參數(shù)不匹配，使得在零點(diǎn)時(shí)式()式: 。造成靈敏度熱漂移的其他原因還有摻雜濃度過(guò)大或過(guò)小，電阻條與底座之間熱膨脹系數(shù)不一致等。因此，對(duì)壓阻式壓力傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中顯得相當(dāng)重要。表面雜質(zhì)濃度高時(shí)，薄層電阻小，溫度系數(shù)亦小，反之，薄層電阻增加，溫度系數(shù)增大。若給電橋加一個(gè)恒定電流或電壓電源，電橋?qū)⑤敵雠c壓力對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，這樣傳感器的電阻變化通過(guò)電橋轉(zhuǎn)換成壓力信號(hào)輸出。要測(cè)量其他物理量,如壓力、??(/)RE????力、加速度等,就需要先將應(yīng)變片貼在相應(yīng)的彈性元件上, 過(guò)程壓力通過(guò)隔離膜片，密封硅油傳輸?shù)綌U(kuò)散硅膜片上，同時(shí)參考端的壓力作用于膜片的另一側(cè)。 壓力傳感器組成結(jié)構(gòu)示意圖，第一部分由質(zhì)量m、彈簧k、阻尼b組成的機(jī)械力學(xué)系統(tǒng)作為彈性敏感元件，它將壓力轉(zhuǎn)換成中間變量(形變)，然后由第二部分膜片相應(yīng)位置采用半導(dǎo)體工藝制成的電阻條，根據(jù)壓阻效應(yīng)，最終轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的變化量輸出。5 標(biāo)準(zhǔn)化如IEC、ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，日本的JIS標(biāo)準(zhǔn)，法國(guó)的DIN 標(biāo)準(zhǔn)、原蘇聯(lián)S3CT及TO標(biāo)準(zhǔn)。(2)制造工藝比較復(fù)雜，對(duì)研制條件要求高而嚴(yán)格，尤其是燒結(jié)、封裝工藝，而其成本較高。平均無(wú)故障時(shí)間長(zhǎng)，性能穩(wěn)定，可靠性高。 此 外 ， 在 油 井壓 力 測(cè) 量 、 隨 鉆 測(cè) 向 和 測(cè) 位 地 下 密 封 電 纜 故 障 點(diǎn) 的 檢 測(cè) 以 及 流 量 和 液 位 測(cè) 量 等 方 面都 廣 泛 應(yīng) 用 壓 阻 式 傳 感 器 。 在 飛 機(jī) 噴 氣 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 中 心 壓 力 的 測(cè) 量 中 ， 使 用 專 門(mén) 設(shè) 計(jì) 的 硅 壓力 傳 感 器 ,其 工 作 溫 度 達(dá) 500℃ 以 上 。 擴(kuò)散硅壓力傳感器的應(yīng)用由于擴(kuò)散硅壓阻傳感器自身特點(diǎn)，其應(yīng)用領(lǐng)域開(kāi)辟了廣闊的道路。硅材料的單晶結(jié)構(gòu)使壓阻式壓力傳感器的遲滯極小，重復(fù)性極好；硅的壓阻系數(shù)較大，使用溫度范圍較寬。在圓形硅膜片(N 型)定域擴(kuò)散 4 條 P 雜質(zhì)電阻條 ,并接成全橋，其中兩條位于壓應(yīng)力區(qū)，另兩條處于拉應(yīng)力區(qū)，相對(duì)于膜片中心對(duì)稱。雖然在某些方面己趕上或者接近世界先進(jìn)水平。在1983年，美國(guó)HoneyWell公司推出了全世界第一臺(tái)智能化現(xiàn)場(chǎng)儀表ST3000100系列，同時(shí)日本的TOSHIBA公司推出Hseries智能壓力傳感器，研制出壓阻式多功能傳感器，用微處理器及軟件補(bǔ)償，提高了測(cè)量精度，減小了溫漂，并且有故障自我診斷和數(shù)字通訊遙控調(diào)整功能。本科畢業(yè)論文題 目：智能化擴(kuò)散硅壓力傳感 變送器的研制目 錄摘 要 ..............................................................................................IIIABSTRACT ..........................................IV1 前 言 ...............................................................................................1 壓力傳感器的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 ..........................................................................1 壓阻式壓力傳感器簡(jiǎn)介 ......................................................................................2 壓阻式壓力傳感器 的結(jié)構(gòu) ...........................................................................2 壓阻式壓力傳感器的發(fā)展 ...........................................................................2 擴(kuò)散硅壓力傳感器的應(yīng)用 ...........................................................................3 擴(kuò)散硅壓力傳感器的特點(diǎn) ...........................................................................4 擴(kuò)散硅壓力傳感器的發(fā)展趨勢(shì) ..........................................................................5 本課題所完成的任務(wù) ..........................................................................................62 擴(kuò)散硅壓力傳感變送器的原理 ........................................................7 壓阻式壓力傳感器的機(jī)械原理 ..........................................................................7 壓阻式壓力傳感器的工作原理 ..........................................................................83 擴(kuò)散硅壓力傳感器的溫度補(bǔ)償原理 ................................................9 對(duì)擴(kuò)散硅壓力傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)囊饬x ......................................................9 零點(diǎn)溫度漂移及其補(bǔ)償 ..................................................................................10 零點(diǎn)溫度漂移產(chǎn)生的原 因 .........................................................................10 零點(diǎn)溫度漂移的補(bǔ)償 .................................................................................10 靈敏度溫度系數(shù)及其補(bǔ)償 ................................................................................14 靈敏度漂移產(chǎn)生的原因 ...........................................................................14 靈敏度漂移補(bǔ)償措施 ...............................................................................14 零位溫度系數(shù)及其補(bǔ)償 ................................................................................144 擴(kuò)散硅壓力變送器整體方案設(shè)計(jì)與計(jì)算 .......................................17 電源電路 ........................................................................................................