水工MPX2100压力传感器及其应用

1 工作原理 　　MPX2100有4个引脚,1脚接地,3脚加工作压力,2脚和4脚之间输出与压力成正比的差模电压信号。 　　MPX2100是一种压阻式压力传感器,在硅基片上用扩散工艺制成4个电阻阻值相等的应变元件构成惠斯顿电桥。电桥有恒压源供电和恒流源供电两种供电方式。采用恒压源供电的原理图如图1所示。 　　当压力传感器受到压力作用时,一对桥臂的电阻值增大ΔR,另一对桥臂的电阻值减少ΔR,电阻变化量ΔR与压力成正比,即ΔR=KP,电桥输出电压Uo=EΔR/R=EK/RP,即电桥输出电压与压力P成正比。 　　2 基于MPX2100的数字压力计 　　MPX2100构成的数字压力计如图2所示。MPX2100的工作电压为12V,传感器4脚和2脚之间输出的压力信号送到IC1、IC2进行放大,放大器的增益为140/RP1,IC1、IC2接成同相输入阻态,可以获得仪器放大器所需的高输入阻抗IC3是一个单位增益的差动放大器,通过它可以获得较高的CMRR,IC4和RP2分压电路构成调零电路,RP1用来调节放大器电路的增益,以完成满量程压力时的显示数字校准。IC3输出的电压加在A/D转换器IC5的模拟电压输入端31脚,并由IC5转换成数字量以驱动LED显示器显示压力的大小。 　　3 电压频率变换电路 　　图3所示是由MPX2100构成的电压频率变换电路。该电路由放大和电压频率变换两部分组成,并由一个4运放和一些电阻组成放大电路,它具有高差模增益和高共模抑制比,而且输入阻抗高,可以调整电路的偏置。电路的差模放大主要由A1完成,A2用来防止运放的反馈电路流入传感器的负端。在零压力时,传感器的2脚和4脚之间的电压之差为零。如果2脚和4脚的共模电压各为4V传感器电源电压的一半,则A1的1脚电压也是4V,这样,该电压经A3和A4路即可使其输出为零压力电压。输出端的零压力偏置由R4和R12引入,调节R12可以设置偏置电压。通过R7可选择从13脚看过去的阻抗,通常为1kΩ。放大器增益AV=R51R11/R10/R6=125。选择增益为125可使传感器的满量程输出摆幅在32mV时放大到4V的摆幅。 　　A3输出端输出的0.5～4.5V的电压经V/F变换后可输出1～10kHz的频率。A3的8脚与AD654V/F变换器相连。其满量程输出频率由R3、R13和C3决定,并可根据下式来计算： 　　Fout满量程=Vin/10R3R15C3 　　为了获得最好的性能,R3和R13的选择应使AD654的3脚在满量程时有1mA的驱动电流。AD654的输入级是一个运放,因此它的3脚和4脚电压相等虚短,这样在满量程时,3脚的电压为4.5V,R3R13约为4.5kΩ,因此,流过R3和R13的电流为4.5V/4.5k=1mA。也就是说,R3R13一旦给定,C3将决定V/F的满量程输出频率。微调R13可实现满量程频率的调整。零压力频率的调整可通过调节R12来实现。频率输出的边沿跳变速度可通过一个小信号FET反相器来提高BS107A,该电路的最后输出与微控制器的计数器输入兼容。 　　MPX2100半导体压力传感器可为压力探测提供一种性价比高的可靠方法,因此,它将在诸多领域得到广泛的应用。