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基于压阻式压力变送器的非线性补偿研究
唐晚情
710077)
（西安航空技术高等专料学校电气工程展陕西西安
摘要；命结了压阻式修感再的测量电路，非线性误差分新及视权补偿方法，并根据压阻文传感器的两种不网的非线性误差，提出了相应的补偿电路及使用该补偿电路校正前应注意的事项，键好的解决了对国息压阻传感非线性特性速行梗正的网题，
关键调：压阻式传感器非线性横权补快
文献标识码：A
中图分类号，TP212.9
压力变送器的核心器件是压力传感器，目前常用的压力传感器是压阻式传感器。由于压阻式传感器的固有特性及温度等环境参数的影响，其输出信号存在着很大的非线性，直接影响压力变送器的性能和测量精度，随着测控技术的高速扩展，对压力变送器的性能要求越来越高，但高性能的同时必然伴随着高价位，国内企业和市场一直寻求一种既能提高压力变送器的精度又能降低其成本的有效途径，本文在详细分析压阻式传感器产生非线性误差的基础上，提出了一种简单又能从根本上提高其精度的方法及相应的变换电路。
1压阳式传感器电路
压阻式传感器常用桥式测量电路，结构如图1所示，其中Ui为桥路的供电电源，R1
R1 R2
114
R2
o o
oUo
压阻式传感器电路图1
R R
R
数率技术与应用片方数据
Al K
E。 Uo
R
文章编号：1007-9416(2010)11-0114-02
为测力应变电阻。桥路的初始平衡状态为： R1=R2=R3=R4=R，当外力作用于传感器时，应变电阻的阻值将会发生变化，当R1有变化量△R1.桥路的不平衡电压输出为：
U。
AR/R U
41+AR,/2R
(1)
考虑到实际测量时，△R1< UAR
U.
4R
AR
其非线性误差为：=
2R
(2)(3)
由(3)式可见，非线性误差与△R,/R成正比。当△R，与R可比拟时，将使得U。下降，从而带来严重的非线性误差。
在△R,变化较大时，着能增大供电电源 U则可补偿U_的下降，
继而改善桥路的非线性。
工程实践证明，由于电路中还存在有其它传感元器件的非线性误差（如弹性体等)，这种桥式传感器不论采用何种电桥(单臀臂半桥、双臀半桥或是全桥），其非线性误差都不可能在桥路上完全消除。
根据误差理论分析，桥式电路的非线性误差可用标准化表达式表示为：
U..AR/R
A1+B-AR/R
(4)
其中，A为桥臀系数(单臂半桥为4，双臂半桥为2，全桥为1)。
其非线性误差为:Y-B.会R
R
(5)
其中B为非线性误差系数，根据它的正负，可设计后续相应的补偿变换电路，以完
全消除非线性误差。 R4
R3
Rl
图2负非线性误差补偿电路
Digital technology and application
A2
U R2
2负非线性误差补偿变换电路由(5)式可知，非线性误差系数B为止时，
传感器产生的是负非线性误差，当△R与R 可比拟时，将使U。下降。只要在U。发生变化的同时，使桥路供电电源增加，则可补偿U。的下降，从而实现对负非线性误差的全补偿。按照这种理论分析，可设计出压阻式传感器产生的负非线性误差补偿变换电路如图2所示：
图2中，A1为差动放大器，放大倍数为 k，输人信号为桥路输出信号，放大器A2,Uo 和E构成同相加法器，实现对Uo的下降补偿，Ui为电桥的供电电源，保证电桥的正常工作。
当电桥处于平衡状态时有：A，差动放大器输出电压U。为0，并使得：
RR+RE
U, =-
R
R+R
当电桥处于工作状态时，由图2可得： U,-RE+RUO.R+R
R, +R
R
(6)(7)
将式(7)代人非线性误差标准化表达式(4)可得：
%
E-R(R +R)-R/ R
4RR+R)(图R(R+R)一R(R+R》)-4R/(8) 由(8)式可见，当
AB-R(R+R)R(R+R)=O时,即: AB-R+RR
R,+R R
就可实现负非线性误差全补偿。
(6)
3正非线性误差补偿变换电路
由式(5)可知，非线性误差系数B为负时，传感器产生的是正非线性误差，当AR与R 可比时，将使Uo上升，只要在Uo发生变化的同时，使桥路供电电源减小，则可补偿Uo的上升，从而实现对正非线性误差的全补偿。
根据以上分析，可设计出压阻式传感器产生的正非线性误差补偿变换电路如图3所示，
图3中，A，为差动效大器，效大借数为k，输人信号为桥路输出信号，放大器A，U,和 E构成反相加法器，实现对U上升时的补偿， U,为电桥的供电电源，保证电桥的正常工
作，
当电桥处于平衡状态时，A,差动放大器
输出电压U为0，并有：
U,=,R.R+RE R+R
R
(10)
当电桥处于工作状态时，由图3可得：