[发明专利]一种非标准信号输出的压力传感器的互换性设计电路

摘要

本发明属于压力传感技术，提供一种非标准信号输出的压力传感器的互换性设计电路。本发明包括压力传感器、电源及采集接口电路和传输电缆三部分。压力传感器电路部分通过串联二极管组、精密电阻网络来实现对压力敏感电桥输出信号温度误差的补偿，建立了压力传感器输出电压与输入压力、供电电压三个参数的函数关系。电源及采集接口电路中引入串联分压电阻器，把串联分压电阻器分压后的电压作为传感器的供电电压U_i，与压力传感器输出信号U_o一起传递给采集系统，以通过上述函数关系式后解算出压力值P；传输电缆用于压力传感器与电源及采集接口电路之间的电气连接。该电路实现了对不同压力传感器和不同供电电源都能匹配和互换。

主权项

一种非标准信号输出的压力传感器的互换性设计电路，其特征在于：包括压力传感器、电源及采集接口电路和传输电缆三部分；压力传感器有五个电气连接点与外部电路连接，分别为电源正一U_i1+、电源正二U_i2+、电源负U_i‑、输出负OUT‑、输出正OUT+，其中电源正一U_i1+和电源正二U_i2+在压力传感器内部直接连接导通；电源及采集接口电路有五个电气连接点与压力传感器通过传输电缆连接，分别为电压输出U_A、反馈电压输入U_B、差分负输入端U_C、差分正输入端U_d、电源地U_E；传输电缆有A‑A、B‑B、C‑C、D‑D、E‑E五根导线，导线A‑A连接压力传感器电气连接点电源正一U_i1+和电源及采集接口电气连接点电压输出U_A；导线B‑B连接压力传感器电气连接点电源正二U_i2+和电源及采集接口电气连接点反馈电压输入U_B；导线C‑C连接压力传感器电气连接点输出负OUT‑和电源及采集接口电气连接点差分负输入端U_C；导线D‑D连接压力传感器电气连接点输出正OUT+和电源及采集接口电气连接点差分正输入端U_D；导线E‑E连接压力传感器电气连接点电源负U_i‑和电源及采集接口电气连接点电源地U_E；压力传感器包括压阻式压力敏感电桥(1)、串联二极管组(2)、零位输出调节电阻R_S、满量程输出调节电阻R_t、零位温度补偿调节电阻R_p1、灵敏度温度补偿调节电阻R_p2、内部阻抗调整电阻R_L；压阻式压力敏感电桥(1)为惠斯登四臂力敏电桥，具有5个节点，其中节点d、e为负电源端，节点b为正电源端，节点a正输出端，节点c为负输出端；节点a与输出正OUT+连接，节点c与输出负OUT‑连接；串联二极管管组(2)中包含一个或一个以上的半导体二极管，所有半导体二极管依次正向串联构成串联二极管组(2)；串联二极管组(2)中第1个二极管D₁正极端与电源正U_i+相连接，最后一个二极管D_N负极端与满量程输出调节电阻R_t的一端相连接；满量程输出调节电阻R_t的另一端与压力敏感电桥(1)的节点b相连接；零位输出调节电阻R_S一端与压力敏感电桥(1)的节点d相连接，零位输出调节电阻R_S另一端与压力敏感电桥(1)的节点e相连接；节点d和节点e根据以下情况选择连接点：当压力敏感电桥(1)初始零位输出电压为负值时，节点d与电源负U_i‑连接；当压力敏感电桥(1)初始零位输出电压为正值时，节点e与电源负U_i‑连接；零位温度补偿调节电阻R_p1的一端与压力敏感电桥(1)的节点b连接，另一端需根据压力敏感电桥(1)的零位输出温度漂移特性选择连接点：当压力敏感电桥(1)初始零位输出电压为正温度系数时，零位温度补偿调节电阻R_p1的另一端与节点c连接；当压力敏感电桥(1)初始零位输出电压为负温度系数时，零位温度补偿调节电阻R_p1的另一端与当节点a连接；灵敏度温度补偿调节电阻R_p2的一端与压力敏感电桥(1)的节点b连接，灵敏度温度补偿调节电阻R_p2的另外一端与电源负U_i‑连接；内部阻抗调整电阻R_L的一端与电源正U_i+连接，内部阻抗调整电阻R_L的另外一端与电源负U_i‑连接；电源及采集接口电路包括电压源(3)、供电电压采集电路(4)和差分采集电路(5)；电压源(3)包括电压源U_c和固定电阻器R₀；电压源U_c的正输出端与固定电阻器R₀的一端连接，固定电阻器R₀的另外一端与电气连接点电压输出U_A连接；电压源U_c的负输出端为电源地，与电气接点电源地U_E连接；供电电压采集电路(4)的输入端与电气接点反馈电压输入U_B；差分采集电路(5)的正、负输入端分别与电气接点差分正输入端U_D、差分负输入端U_C连接。