如何選擇補償式硅壓力傳感器>>深圳市永阜康電子有限公司

該參考設計為使用補償型硅壓力傳感器和高 delta-sigma ADC的經濟高效，低功耗液位測量數據采集系統（DAS）提供了設計思路。本文討論了如何選擇補償式硅壓力傳感器，建議系統算法以及提供噪聲分析。它還描述了校準思路，以提高系統性能同時降低復雜性和成本。

液位測量在工業和商業過程中都有許多應用。從家庭水箱上的水位檢測到監測工業上明渠的燃料流，其使用一直在提供安全可靠的系統。也許，液位測量簡單但重要的應用是在洪水檢測系統中，在天氣不好的情況下，可以使社區免受洪水的危害。

該參考設計是液位測量和控制系列中的個。在第1部分中，這里介紹了現代壓力傳感器之間的差異，并著重介紹了微機電（MEMS）溫度補償的硅壓力傳感器的進展。現在，這些傳感器的價格合理，并且具有各種封裝，可用于包括液位測量在內的各種精密傳感應用。

然后，該文檔介紹了一種經濟型，低功耗，液位測量數據采集系統（DAS），該系統使用補償的硅壓力傳感器和高的delta-sigma ADC。本文將解釋如何選擇補償式硅壓力傳感器。它將建議系統算法，分析噪聲并提供校準思想，以提高系統性能，同時降低復雜性和成本。

測量壓力-回顧

可以說，現代壓力測量是由意大利物理學家Evangelista Torricelli1通過其1643年的水銀氣壓計發明而開始的。托里切利（Torricelli）在一根長1米的玻璃管中充滿汞，將其一端完全密封，然后將其開口端垂直置于裝有汞的容器中。汞柱降至約760mm，在其水平面上方留有空白。壓力單位Torr是為紀念本發明人而命名的，其壓力比為1至760標準大氣壓。在世界大多數地方，血壓2均以托（毫米汞柱）為單位進行測量。

現代壓力單位包括國際系統（SI）定義的Pa（帕斯卡）作為主要壓力單位（Pa = N /m?）。在美國，一種流行的壓力測量單位是“ bar”，其單位是磅每平方英寸（PSI）。由于歷史和技術原因，在各種壓力單位之間轉換為標準單位計量是一項非常繁瑣的任務。但是，廣泛可用的轉換表或在線單位轉換器可使工程師的工作更加輕松。

壓力傳感器主要分為兩類：按測量類型分類：

1. 壓力傳感器，用于測量相對于理想真空壓力的壓力。壓力傳感器的一個示例是水銀（Hg）氣壓計，如圖1所示。

2.壓差傳感器，用于測量作為傳感單元輸入引入的兩個或多個壓力之間的壓差。這種傳感器的一個應用示例是差壓流量計（圖2），其中流體速度的變化會引起壓力的變化，并產生壓力差ΔP= P1 – P2。

表壓傳感器是另一種差分傳感器，構造為測量相對于大氣壓的相對壓力。這種傳感器的一個例子是流行的輪胎壓力表。當輪胎壓力表的讀數為零時，它實際上是在給定位置讀取大氣壓力。

現代壓力傳感器的問世

許多工業，商業和醫療應用都需要在寬動態范圍內以±1％至±0.1％或更高的進行的壓力測量，而且價格合理，并且功耗通常很低。硅壓力傳感器的開發正是應對這些挑戰的答案。

現代傳感器時代始于1967年的霍尼韋爾研究中心，Art R. Zias和John Egan申請了受邊緣約束的硅膜片的。

自1990年代中期以來，被稱為MEMS的壓阻式硅基壓力傳感器已大批量生產，具有成本效益，因此成為的壓力傳感器。MEMS器件在壓力，差壓和表壓模式下的工作壓力范圍為100mbar至1500bar。

基于硅的壓阻式壓力傳感器顯示出比標準應變計高得多的靈敏度。它們在恒定溫度下具有良好的線性，并且在破壞性極限以內具有可接受的磁滯。這些傳感器還具有一些缺點，這取決于它們的“硅”性質：滿量程信號對溫度的強烈非線性依賴性，較大的初始偏移以及較大的隨溫度的偏移漂移。

許多工業和汽車應用需要在擴展的溫度范圍（-40°C至+ 125°C）中進行壓力測量。為了在此寬溫度范圍內以±1％或更高的實現的壓力測量，至少需要實施一階溫度補償：

VDIFF = VOS +TαVOS+ P（S +TαS）

其中：

VDIFF是相對于壓力P和溫度T的差分電壓；

αS是靈敏度的溫度系數；

αVOS是偏移的溫度系數。

壓阻傳感器的模擬信號調理方法以MAX1450為例。該信號調理器可以應用于未補償的傳感器，并適用于-40°C至+ 125°C的擴展溫度范圍（圖3）。

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下一代用于調節傳感器信號的IC（MAX1455）集成了可編程傳感器激勵，一個16步可編程增益放大器（PGA），768字節（6144位）內部EEPROM和四個用于FSO，失調的16位DAC，和跨度補償。

結論

新型MEMS溫度補償的硅壓力傳感器的價格和封裝尺寸正在下降。這使它們對于各種傳感應用具有吸引力，例如液位測量或流量計。這些應用需要諸如MAX11206之類的低噪聲delta-sigma ADC直接與安裝在PCB上的硅壓力傳感器接口。通過簡單的補償方案，此方法可輕松提高這些壓力傳感器的。硅壓力傳感器和ADC一起提供了一種高性能，高性價比的測量系統，非常適合便攜式傳感應用。

高無噪聲分辨率，集成緩沖器，出色的共模動態范圍，50 / 60Hz抑制和系統校準等特性使MAX11206可直接與新型硅壓力傳感器如MPXM2010接口，而無需額外的儀表放大器或專用電流源。熱誤差的減少還使設計人員能夠實施簡單的線性算法，從而進一步降低了系統復雜性和成本。

參考設計5523“液位測量系統使用補償的硅壓力傳感器和精密Delta-Sigma ADC，第2部分”中進一步討論了該控制和輸送系統，該手冊解釋了如何實現可測量和分配大多數工業液體的設計。使用非接觸式測量方法。