Ch21_壓力感測器應用線路分析

感測器應用與線路分析
第二十一章壓力感測器應用線路分析
21-1 使用壓力感測器應有的認識
21-2 壓力量測線路分析(一)
21-4 數字壓力計線路分析
21-3 壓力量測線路分析(二)
21-5 壓力開關線路分析
聖約翰科技大學盧明智
產業接軌：資料手冊導讀與應用
：線路分析與除錯
1
感測器應用與線路分析
機械式壓力量測
電子式壓力量測
第二十一章壓力感測器應用線路分析
2

感測器應用與線路分析第二十一章壓力感測器應用線路分析
P-3000S
Span voltageRated pressure range
Maximum pressure
Break-down pressure
Bridge resistance
Excitation current
Offset voltage Insulation resistance
Thermal error
Linearity/Hysteresis Response
3
4
Span voltage
Rated pressure range
Maximum pressure
Linearity/Hysteresis
Thermal error
Excitation current
Offset voltage
Bridge resistance
P-3000S

Linearity/Hysteresis
線性誤差百分比＝ (△L/VSPAN) ×100%
磁滯誤差百分比＝ (△H/VSPAN)×100%
VSPAN ＝Vfull－VZERO
壓力靈敏度S＝VSPAN/額定壓力
5
P-3000S
P-S3000-102G的規格
1.額定壓力範圍：
0～ 98.1KPa ＝735mmHg
2.驅動方式：定電流1.5mA
3.額定輸出：100mV ±30mV
4.抵補電壓： ±3mV
5.電橋阻抗：4700Ω ±30%
6
1. 各元件的功能:
(1) R1，及LM385-2.5 :限流與降壓電阻。
(2) OPl , 401G 及R2：由LM385-2.5 提供2.500V 之穩定電壓給OPl。
(3) R3，C1 :是一個低通濾波電路，用以消除各種高頻的平擾。
(4) OP2 , OP3‘ OP4， R4~R7 :該部份由三個OP Amp 及R4~R7 構成標準的儀器放大
器，R4 負責增益調整。
(5) R8，R9，R10，R11：分壓電路，提供給OP5 做為抵消Vzero 的來源。
(6) OP5:電壓隨耦器放大率為1 倍，提供阻抗隔離的效果。
21-2 壓力量測電路分析之(一)±500mmHg壓力計
P-3000S
2.量測壓力範圍的考慮

7
因虛接地使得VR2 ＝2.5V
定電流1.5mA×(1.3×4700Ω)＝9.2V
VOP1 ＝9.2V ＋2.5V ＝11.7V
所以電路的電源電壓VCC ＞12V左右
R2 ＝2.5V/1.5mA ＝1.67K Ω
3. OP Amp 電源電壓的決定
V¡
4. 輸出電壓與放大率
電橋阻抗：4700Ω ±30%
VS＝70mV～130mV
±500mmHg：－5V～＋5V
AV：5V/130mV ＝ 38.5倍
～5V/70mV ＝69.4倍
8
VO＝VS ×(1＋2R5/R4) ×(R7/R6)＝VS ×A£
AV＝(1＋200K/R4) ×(1M/100K)
＝38.5～69.4
就能知道R4的調整範圍
R4 ＝33.7K～70.2K
壓力靈敏度S
＝V¢¤¥¦/額定壓力
＝5000mV/500mmHg
＝10mV/mmHg
4. 輸出電壓與放大率
額定輸出：100mV ±30mV
儀器放大器
70mV
～
130mV

SCX - Series
9
定電流驅動
LT1004
I§＋IR¨＝I©＝2.5V/R定電流
傳統不平衡校正
調校步驟說明
1. ？
2. ？
3. ？
10
0
V©＝V
V
V©

改良型不平衡校正
LT1004

SCX - Series
儀器放大器
SCC15D
參數修正
0.727mA/1mA ＝0.727
40mV ×0.727 ＝29mV
95mV ×0.727 ＝69mV
5.00V/69mV ＝72倍
5.00V/29mV ＝172倍
就能得知R的範圍：1.18K ～2.86K
11
滿刻度15psid時，V ＝5.00V
V
SCC15(D，G)
12
調校步驟說明
1. ？
2. ？
3. ？
SCX - Series
R !
R
R
LT1004

感測器應用與線路分析第二十一章壓力感測器應用線路分析類比與數位的轉換
ADC080421-4 數字壓力計線路分析
13
1. SCX01D 的特性:
(1)它是一個具有精確溫度補償的壓力
感測器。
(2)它已經做過零位修正及平衡校正，
所以它的零位電壓Vzero的典型值
為0V 。
(3)輸出靈敏度為18mV/Psid，因額定
壓力為0~ 1 Psid，所以額定輸出
的最大值為18mV 。
(4)它是一個定電壓驅動的壓力感測器。
(5)SCX01 數據是在測試電壓為12V 所
建立。
感測器應用與線路分析第二十一章壓力感測器應用線路分析類比與數位的轉換
ADC080421-4 數字壓力計線路分析
14
2. 各元件功能說明:
(1)A1， A2 : 為高輸入阻抗之雙OPAmp
差值放大器。
(2)A3 : 電壓隨精器，由D1 (LT1004- 1.
2) 提供穩定的直流電壓，經為供給
ADC0804 做為參考電壓。
(3)A4 : 由此調整適當的直流電壓，經
A4 電壓隨精器，提供給ADC0804 的
ViN(-) 做為零位抵補調整。
(4)R1中的10Ω是用來做放大器增益控
制。
(5)R3(500Ω) :是用以做零位抵補調整。
R
R

15
V#$% ＝2(1 ＋R/R) ×(V －V) ＋1.23V
V' V(
‧ ‧
ICL7106
LM10 LT1024
16
產業接軌：資料手冊與應用
LT1024 × 2
LM10 0.2V
ICL7106

3 1/2位，LCD / LED顯示，A/D轉換器
Intersil ICL7106(LCD) 和 ICL7107(LED)具有高
性能，低功耗電源，3 1/2位A/D轉換器。包括七
線段段解碼器，顯示驅動器，參考電壓和時鐘
ICL7106
17
三位數電壓表
V in maximum: 100V [99.9V] Max. measurement Voltage Error: 100mV
R1=680Kohms C1=10nF
R2=1Mohms C2=47uF 16V
R3=6.8Kohms C3=100nF
R4=270 ohms C4=220nF 1%
RV1=50Kohms trimmer 10 turns
RV2=5Kohms trimmer 10 turns
CA3162
CA3161
圖(10–72)
CA3161CA3162
18

把(V((－V())的電壓
轉換成數位值
把V((和V()接地然後調規零電阻
50KΩ(10T)使顯示值為 000 mV
把V((接上 900 mV V()接地，然後
調步階大小校正電阻5KΩ(10T) ～
10KΩ(10T)，讓顯示值為900 mV值
V0接地或空接時轉
換速度為
4H1 (低速轉換)
V0接5V時轉換速度
為96H1 (高速轉換)
電源電壓為5V
V0接1.2V時為保持
模式。顯示值停在
前一次轉換的數值。
MSD ：百位
NSD ：十位
LSD ：個位
CA3162使用說明
CA3162
The input at pin 6 determines the sampling rate. A 5V input provides a high speed
sampling rate (96Hz), and grounding or floating pin 6 provides a low speed (4Hz)
sampling rate. When pin 6 is fixed at +1.2V (by placing a 12K resistor between pin 6 and
the +5V supply) a “hold” feature is available.
While the CA3162E is in the hold mode, sampling continues at 4Hz but the display data
are latched to the last reading prior to the application of the 1.2V. Removal of the 1.2V
restores continuous display changes. Note, however, that the sampling rate remains at
4Hz.
歸零校正電阻
步階大小校正電阻
19
20
‧
2345
非反相磁滯比較器
雙OP儀器放大器器
非反相放大器器

21
1. 各元件的功用:
(1) SCX01D: 差值壓力感測器額
定壓力為0~1 Psid 。
(2) A1 , A2 及R2～R6 : 為高輸
入阻抗之雙OPAmp 是值放大器。
(3) D 1 : 參考電壓IC ，提供
1.2V 的穩定直流電壓給放大
器及給A4做為定值(3V) 的來
源，並加到A 1 ， A2 差值放
大電路。
(4) A3，R3，R3：是一個磁滯比較器，用以判斷壓力是否超過0.5Psid ，使其輸出
V03 = 4.3V 或V03 = 0 .4V 。
(5) A4 : 同相放大器，放大D1 所提供的參考電壓(1. 2V) ，使其輸出能達3V ，做
為壓力設定使用。
(6) R11 , R12 : 分壓電阻，用以調整所要設定的壓力。
(7) R1:降壓限流電阻，讓D1有適當的電流，得到1.2V參考電壓。
SCX01DN
6£
5V 測試條件supply voltage,
Vcc = 12V
Full-scale span 18 mV/Psid
目前電源為5v
必須修正Full-scale span
(5V/12V) ×18mV/Psid
＝7.5mV/Psid
75 Ω 10KΩ
10KΩ
10KΩ
10KΩ
0.5 Psid時span為
0.5×7.5mV＝3.75mV
V7 ＝
2(1＋10K/75)×3.75mV＋1.2V
＝2.2075V… 0.5 Psid
1.0 Psid時span為7.5mV
V7 ＝
2(1＋10K/75)×7.5mV＋1.2V
＝3.20V… 1.0 Psid
V7/Vd ＝
2(1＋10K/75) ＝268.6倍
V89
V89
@8A
@8
22
6£
‧

5V
BC
VD
BE
重疊定理計算非反相磁滯比較器的 VTH、VTL
V(＋)＝【R8/(R7＋R8)】×VO2＋【R7/(R7＋R8)】×VO3
VO2 ＝【(R7＋R8)/R8】×2.2075V－(R7/R8)×VO3
VTH ＝2.2095V …(0.501 Psid )，
VTL ＝2.2054V …(0.499 Psid)
23
‧F G
V(＋)
‧
HIPQRSTU
HIPVWUU
XY`aUVWUU
24
產業接軌：線路分析與除錯 LT1004

25
1. R1太大或R1太小各造成甚麼影響？
2. 目前A1的輸出電壓是多少？
3. 加上A4的目的何在？
4. A6是一個甚麼功能的電路？
5. A5是一個甚麼功能的電路？
產業接軌：線路分析與除錯21-5 壓力開關線路分析
Ab
A
Ac
Ad
Ae
A
V#$% ＝2(1 ＋R/Rf) ×(V －V) ＋2.5V
26
6. A2和A3組成甚麼電路？
7. D1和D2的功用是甚麼？
8.您可以用甚麼元件取代LT1004 ？
21-5 壓力開關線路分析產業接軌：線路分析與除錯
V7gh ＝2(1＋R/Ri) ×(V－V ) ＋2.5V
£pqrA4
A¨

27
產業接軌：線路分析與除錯 LT1004
。2.5V
1.Vst＝2(1＋Ru/R)×Vv
2.Vsw＝2.5V×(－1) ×(－1)＝2.5V
2.5V
。
‧
‧ VO＝VOA ＋VOB
＝2(1＋R8/RG)×VS＋2.5V
重疊定理的應用
1.計算VS所得到的結果VOA
2.計算2.5V所得到的結果VOB
3.VO＝VOA＋VOB
R5 ＝R6＝R7 ＝R8 ＝100K
A'
A'
A'
Ax Ax
Ax

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