【正文】 使得在使用時(shí)提高了測(cè)量的精度和靈敏度。d?,d?由圖中的幾何關(guān)系可以得到 （ ）cos,d??圖 傳感器的安裝誤差所產(chǎn)生的測(cè)量誤差因此，由傳感器的安裝誤差而產(chǎn)生的測(cè)量誤差為 ())cos1(,2 ?????d一般 很小， ，所以?21cos??? （ ）d??2?此項(xiàng)誤差隨著間隙變化量的增加而增加，因此從性質(zhì)上仍屬于變值系統(tǒng)誤差。RS485有 兩 線 制 和 四 線 制 兩 種 接 線 ， 四 線 制 只 能 實(shí) 現(xiàn) 點(diǎn) 對(duì) 點(diǎn) 的 通 信 方 式 ， 現(xiàn) 很 少 采 用 ，現(xiàn) 在 多 采 用 的 是 兩 線 制 接 線 方 式 ， 這 種 接 線 方 式 為 總 線 式 拓 撲 結(jié) 構(gòu) 在 同 一 總 線 上 最 多可 以 掛 接 32個(gè) 結(jié) 點(diǎn) 。6C發(fā)光二極管 和限流電阻 是可選器件，通常被省去。圖 壓 力 變 送 器 接 線 圖5 MPU 最小系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集通信系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)1. 硬件電路供電電源設(shè)計(jì)作為高精度的數(shù)據(jù)采集和通信電路，必須滿足較高的分辨率指標(biāo)，因而要求儀器輸出的模擬電信號(hào)有著較高的信噪比。因此一般要求兩線制變送器自身耗電（包括傳感器在內(nèi)的全部電路）不大于 。當(dāng)外界電壓源發(fā)生較大的波動(dòng)時(shí)(或負(fù)載電阻 變化)，電路靜態(tài)L工作電流會(huì)發(fā)生微小變化,我們可以利用 來(lái)穩(wěn)定輸出電流。有 源 濾 波 電 路 的 負(fù) 載 不 影響 濾 波 特 性 ， 因 此 常 用 于 信 號(hào) 處 理 要 求 高 的 場(chǎng) 合 。從而不吸收傳感器的輸出電流。D3﹑ D4 為兩個(gè)穩(wěn)壓二極管，OP07 芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的單運(yùn)算放大器集成電路?！妗５S溫度變化是非線性的，為了達(dá)到良好的補(bǔ)償效果，可以把熱敏電阻與金屬膜電阻組合成電阻網(wǎng)絡(luò)，這樣，該網(wǎng)絡(luò)隨溫度可作接近線性的變化。補(bǔ)償后傳感器的滿量程輸出有所降低是由于串聯(lián) 后被分壓的緣故。所以不論 、 如何連接，我們都可以根據(jù)以上SRP公式計(jì)算出 、 大小和符號(hào)，然后根據(jù)其符號(hào)(以上述推理確定的符號(hào)為正號(hào))確定其SP應(yīng)連接的位置:（1） ，則 并于 或 上；0PR?P1R3（2） ，則 并于 或 上；?24（3） ，則 串于 或 上；SS13（4） ，則 串于 或 上。造成零點(diǎn)輸出失衡及零點(diǎn)熱漂移的主要原因集中在工藝上，如加工尺寸，摻雜濃度及均勻性，摻雜層厚度等。零位漂移是因?yàn)閿U(kuò)散電阻阻值隨溫度改變而發(fā)生變化。電阻變換器有金屬電阻變換器和/R?半導(dǎo)體電阻變換器兩種類型。4 多功能系列化利用擴(kuò)散硅技術(shù)在芯片上通過(guò)摻雜不同雜質(zhì),同時(shí)制成感溫元件和感壓元件是可能的。由于硅材料的剛性好，形變小，因而傳感器的線性也非常好,因此綜合表態(tài)精度很高。 壓 阻 式 傳 感 器 是 用 于 這 方 面 的 較 理 想 的 傳 感 器 。壓阻壓力傳感器是目前應(yīng)用最廣泛的壓力傳感器之一，壓阻式壓力傳感器是利用半導(dǎo)體材料硅的壓阻效應(yīng)制成的傳感器。90年代后，我國(guó)將傳感器的研究放在重要位置上并取得了顯著成果，1996年，河北工業(yè)大學(xué)研制了WPS1型智能壓力傳感器，它可長(zhǎng)期穩(wěn)定地工作在環(huán)境溫度變化較為頻繁的場(chǎng)所；1997年，西安交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院綜合自動(dòng)化研究所為三峽工程研制了體積小于國(guó)內(nèi)電流、電壓輸出型固態(tài)壓力傳感器，并且有防水、防塵和抗震能力的智能壓力傳感器；1999年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)微電子教研室研制了在壓力傳感器芯片上集成溫度敏感元件制成的壓力溫度多功能傳感器，并賦予智能化，可實(shí)現(xiàn)大溫度范圍內(nèi)的全量程壓力信號(hào)的溫度補(bǔ)償；2022年湖南長(zhǎng)沙索普測(cè)控技術(shù)有限公司研制的納米壓力傳感器獲成功，產(chǎn)品整體性能超過(guò)美國(guó)超微傳感器，實(shí)現(xiàn)了傳感器在高溫、高壓等惡劣環(huán)境下的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性，提高了傳感器精度等級(jí)、溫度特性等各方面性能指標(biāo)?；菟沟请姌驒z測(cè)出電阻值的變化，經(jīng)過(guò)差分歸一化放大器，輸出放大器放大后，再經(jīng)過(guò)電壓電流的轉(zhuǎn)換，變換成相應(yīng)的電流信號(hào)，該電流信號(hào)通過(guò)非線性校正環(huán)路的補(bǔ)償，即產(chǎn)生了與輸入電壓成線性對(duì)應(yīng)關(guān)系的 4～20mA 的標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)。隨著國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求量越來(lái)越大,大量壓力傳感器需要進(jìn)口，特別是高精度產(chǎn)品。由于四差動(dòng)臂惠斯登電橋具有最高的靈敏度,最好的溫度補(bǔ)償性能和最高的輸出線性度，因此，在壓力測(cè)量中，電阻條通常連接成等臂、等電阻應(yīng)變率的四差動(dòng)臂惠斯登電橋。 單 個(gè) 傳 感 器 直 徑 僅 毫 米 ， 固 有 頻率 高 達(dá) 300 千 赫 ,非 線 性 和 滯 后 均 為 全 量 程 的 177。抗電擊穿性能好 由于采用了特殊材料和裝配工藝，擴(kuò)散硅傳感器不但可以做到130℃正常使用，而且在強(qiáng)磁場(chǎng)、高電壓擊穿試驗(yàn)中可抗擊1500V/AC電壓的沖擊。并在此基礎(chǔ)上結(jié)合儀器智能化思路，并設(shè)計(jì)專用 MPU 最小系統(tǒng)以滿足傳感系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理功能。 壓阻式壓力傳感器的工作原理 當(dāng)傳感器處在壓力介質(zhì)中時(shí)，介質(zhì)壓力作用于波紋膜片上其中的硅油受壓，硅油將膜片上的壓力傳遞給半導(dǎo)體芯片。但是，過(guò)高的雜質(zhì)濃度會(huì)降低傳感器的靈敏度。但在制作壓阻式傳感器的過(guò)程中，由于被連接成惠斯登電橋的四個(gè)擴(kuò)散電阻的阻值不可能制作得完全相等，所以當(dāng)壓力為零時(shí)，電橋的輸出不為零，這種零點(diǎn)輸出漂移將隨溫度的變化而發(fā)生漂移，即產(chǎn)生零點(diǎn)溫度漂移。 靈敏度漂移補(bǔ)償措施擴(kuò)散硅壓力傳感器滿量程輸出G與壓力滿量程時(shí)應(yīng)變電阻的最大變化 成正比，即maxR?與擴(kuò)散硅P型電阻的壓阻系數(shù)成正比，而壓阻系數(shù)隨溫度的上升而減小。 ()21()()POPUTr??()POUTG?? ()式中： , 分別為 、 溫度下的零位輸出。C???/104總結(jié)：擴(kuò)散硅壓力傳感器經(jīng)過(guò)以上提出的方法補(bǔ)償后，零點(diǎn)誤差 ，零位溫1POUmV?度系數(shù) ，靈敏度溫度系數(shù) ，與沒(méi)有補(bǔ)償時(shí)相比小一個(gè)數(shù)量410/rC???? 4210/????級(jí)。取標(biāo)稱值 ， 。由于從+ 信號(hào)地輸出的電壓是恒定的，而 也是固定不變的，所以此也為恒功率放大器。若 AA2 選用相同特性的運(yùn)放，則它們的共模輸出電壓和漂移電壓也都相等，再通過(guò) A3 組成的差分式電路，可以互相抵消，故它有很強(qiáng)的共模抑制能力和較小的輸出漂移電壓，同時(shí)該電路有較高的差模電壓增益?？梢援嫵鲈?RC 低通電路的頻率響應(yīng)如圖 所示。 圖 滿度調(diào)節(jié)電路圖 電壓電流轉(zhuǎn)換 兩線制V/I 變換器是一種可以用電壓信號(hào)控制輸出電流的電路。下限沒(méi)有取0mA的原因是為了能檢測(cè)斷線：正常工作時(shí)不會(huì)低于4mA，當(dāng)傳輸線因故障斷路，環(huán)路電流降為0。STC12C2052AD單片機(jī)有一個(gè)全雙工的串行通訊口，單片機(jī)和PC之間進(jìn)行串行通訊時(shí)可通過(guò)MAX487與RS485 連接。圖 USB 轉(zhuǎn) RS485 總線接口電路RS485是一種多發(fā)送器的電路標(biāo)準(zhǔn)，它擴(kuò)展了RS422A的性能，允許雙導(dǎo)線上一個(gè)發(fā)送器驅(qū)動(dòng)32個(gè)負(fù)載設(shè)備。軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是對(duì)STC12C2050AD的操作，每一次與STC12C2050AD的通訊都應(yīng)根據(jù)需要設(shè)置控制寄存器、通訊寄存器等。.SF SF./??3. 信號(hào)源信號(hào)幅值不穩(wěn)定產(chǎn)生的測(cè)量誤差 3?這是一項(xiàng)隨機(jī)誤差。7．對(duì)調(diào)零和調(diào)滿電路等其他的各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的討論和可行性的論證。在對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，通過(guò)親自動(dòng)手完成焊接以及調(diào)試等過(guò)程，我解決很多的實(shí)際問(wèn)題，學(xué)習(xí)到了很多實(shí)踐方面的知識(shí)。表 壓力變送器整機(jī)測(cè)量結(jié)果壓力值（kPa） 0 25 50 75 100輸出電流理論值（mA） 百分比% 上行程 下行程 回差 誤差 % % % % % 輸出電流實(shí)測(cè)值（mA） 最大誤差 %,壓力和輸出電流之間是非線性關(guān)系，它們之間存在一定的誤差。其容錯(cuò)和應(yīng)用層的協(xié)議，可以自己通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，比較靈活。和 是獨(dú)石或高頻瓷片電容， 容量為 4700pF 到 ，用于 CH341 內(nèi)部電源3C4 3C節(jié)點(diǎn)退耦， 容量為 ，用于外部電源退耦。這使得兩線制傳感器的設(shè)計(jì)成為可能。21R 電壓電流轉(zhuǎn)換圖通過(guò)V／I轉(zhuǎn)換級(jí)，使輸入電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)4～20mA輸出。加上該濾波電路使得輸出電壓中的波動(dòng)成分盡可能地減小，把它改造成接近恒穩(wěn)的直流電。將運(yùn)算放大器 A1 和 A2 的增益設(shè)置為 21021??WR倍，而 A3 的增益就應(yīng)當(dāng)是 50 倍了。運(yùn)放要能達(dá)到將幾十毫伏的微弱信號(hào)放大到有幾伏的輸出的能力,即要求放大器有幾百倍的放大能力。送往傳感器的電流只是當(dāng)負(fù)載在一定的范圍內(nèi)變化時(shí)保持恒定，當(dāng)外部短路或開(kāi)路時(shí)，電源模塊會(huì)自動(dòng)得到保護(hù)，而減小出現(xiàn)火花的可能性。VTR?當(dāng)壓力傳感器測(cè)量電路使用恒流源I供電時(shí),（2） ，其輸出信號(hào)為:恒流時(shí) 12U?? ()()TTIIRR????? （）2I?可以看出輸出電壓V與溫度無(wú)關(guān),這就消除了溫度對(duì)傳感器輸出信號(hào)的影響。于是1? ()1210()()4inPOPOUUTRT?????將補(bǔ)償電阻接入適當(dāng)?shù)臉虮郏顾a(chǎn)生一個(gè)補(bǔ)償電壓 去抵消 ，從而達(dá)到補(bǔ)償?shù)?POPOU?目的。因?yàn)闃驂荷撸姌虻妮敵鲭妷涸龃?，若其增大的?shù)值與靈敏度下降而引起的輸出電壓減小的數(shù)值相等時(shí)，即達(dá)到了靈敏度溫度補(bǔ)償?shù)哪康?。且隨著13240R??溫度的變化而變化。在生產(chǎn)應(yīng)用中，直接或間接用作計(jì)量器具的傳感器所面臨的問(wèn)題是準(zhǔn)確度和可靠性問(wèn)題?，F(xiàn)在大部分壓力傳感器用制造集成電路的方法，形成四個(gè)電阻值相等的電阻條，并將它們連接刻制成惠斯登電橋。電阻條阻值改變量 與相應(yīng)膜片壓力成正比。 擴(kuò)散硅壓力傳感器的發(fā)展趨勢(shì)1 小型化重量輕、體積小、分辨率高，便于安裝在很小的地方，也便于微型儀器儀表的配套使用。 隨 著 微 電 子 技 術(shù) 和 計(jì) 算 機(jī) 的 進(jìn) 一 步 發(fā) 展 ， 壓 阻 式 傳 感 器 的應(yīng) 用 還 將 迅 速 發(fā) 展 。新型智能式傳感器的發(fā)展及應(yīng)用將導(dǎo)致面向過(guò)程檢測(cè)和控制技術(shù)產(chǎn)生新的突破。硅柱形敏感元件也是在硅柱面某一晶面的一定方向上擴(kuò)散制作電阻條,兩條受拉應(yīng)力的電阻條與另兩條受壓應(yīng)力的電阻條構(gòu)成全橋。1992年，美國(guó)HoneyWell公司又推出了 ST3000900系列智能壓力傳感器，它是在ST3000l00系列的基礎(chǔ)上增加了較完善的自診斷功能，雙向通訊功能。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。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。 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。 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 。(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。 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。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。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。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: 。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。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)。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。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。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。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)。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)。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。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