专利名称：一种高精度压力变送器电路的制作方法
技术领域：
本发明属于航空压力变送器的电路设计技术，涉及一种压力变送器的电路。
背景技术：
压力变送器是将需要测量的压力信号转换成为规定的电信号，并将电信号传递给指示器或者计算机的装置。随着航空工业的发展，要求压力变送器精度高、稳定性好、体积小、重量轻；能够适应恶劣的工作环境，如工作环境温度范围为_55°C 175°C，并且在工作环境中含有复杂的电磁干扰信号。高精度压力变送器就是为了满足航空工业对高端压力变送器的需求而发明的。高精度压力变送器的实现关键取决于电路设计和温度补偿方法。目前，高精度压力变送器一般采用数字补偿的方法来实现；而目前国内外军用数字器件及专用调理芯片如A/D转换、微处理器、D/A转换器等的最高工作温度均为125°C，无法满足更高温度条件下的使用要求。而模拟温度补偿通常采用热敏电阻、二极管等器件实现，采用热敏电阻温度补偿精度不高，采用二极管温度补偿电路较为复杂；并且通常的补偿方法调试过程复杂，温度适应范围较窄，稳定性较差，难以满足航空工业对压力变送器的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种高精度压力变送器电路。本发明采取的技术方案为:包括恒流源(I)、压阻式SOI压力敏感器件(2)、可调电阻Rpl Rp4、双运放差动放大电路；压阻式SOI压力敏感器件(2)为惠斯登四臂力敏电桥，具有5个接点，其中节点d、e为正电源端，节点b为负电源端，分别与恒流源的流出和流入端相连接；节点a、c分别为正负输出端，分别与差动放大电路的正、负输入端相连接；可调电阻Rp3 —端与压阻式SOI压力敏感器件(2)节点d相连，另一端与恒流源(I)流出端相连；可调电阻Rp2并联 在压阻式SOI压力敏感器件(2)正电源端和正输出端之间；可调电阻Rpl并联在压阻式SOI压力敏感器件(2)正负电源端之间，两个运算放大器正输入端之间通过可调电阻Rp4相连。进一步地，上述双运放差动放大电路由两个独立对称的二阶低通KRC有源滤波器(3,4)组成，第一二阶低通KRC有源滤波器(3)包括电阻Rl、R2、R3 ;电容Cl、C2 ;运算放大器NI ;电阻Rl的一端为信号输入端，另一端分为两条支路，一条支路通过R2与运算放大器NI正输入端相连，另一条支路通过电容Cl与运算放大器NI负输入端相连；电阻R2与运算放大器NI负输入端通过电容C2接信号地；运算放大器正输入端与输出端并联有电阻R3，第二二阶低通KRC有源滤波器(4)包括电阻R5、R6、R7 ;电容C3、C4 ;运算放大器N2 ;其连接结构和参数取值与第一二阶低通KRC有源滤波器(3)完全相同。本发明具有有益效果是:该电路结构较为简单，为实现产品小型化设计提供基础；无须单独对压力敏感器件进行一次补偿，可以缩短生产、采购周期，降低产品成本；压力传感器的输出调整和温度补偿仅采用精密金属膜固定电阻，而不使用热敏电阻(精度较低)和二极管(电路较为复杂)等器件，可以简化补偿电路，提高压力传感器的补偿精度；压力传感器的输出调整和温度补偿分别用两组不同电阻来控制，通过初始阻值预置的方法，可以较好地避免两组电阻(Rpl、Rp2和Rp3、Rp4)之间的相互影响，即在初始温度TO和补偿温度Tl的调试分别独立进行，避免了在不同温度点下反复调试，简化调试过程。该电路根据差动放大电路的特点设计了两个独立对称的二阶低通KRC有源滤波器，滤除来自压力敏感元器件的差模干扰信号，保证了压力变送器差动输出电压信号的稳定性；不必使用单独的信号滤波器，使电路简化，降低成本。另外该差动放大电路传递特性和温度特性均为线性，便于温度补偿和理论计算，提高压力变送器的输出精度和温度稳定性。
附图1是本发明的电路结构示意图。
具体实施例方式下面结合说明书附图1对本发明作进一步详细说明。该电路包括恒流源1、压阻式SOI压力敏感器件2、可调电阻Rpl Rp4、双运放差动放大电路。可调电阻Rpl、Rp2、Rp3、Rp4的作用分别如下:Rpl为热灵敏度漂移补偿调试电阻，用于补偿变送器灵敏度温度漂移；Rp2为热零点漂移补偿调试电阻，用于补偿变送器零位输出的温度漂移量；Rp3为零位输出调试电阻，用于调整变送器零位输出；Rp4为满量程输出调试电阻，用于调整变送器满量程输出。双运放差动放大电路利用运算放大器可以替代电感的特性，设计有源滤波器，滤除输入信号(即压力敏感器件的输出信号)的差模干扰信号，电阻Rl、R2、R3和电容Cl、C2以及运算放大器NI构成一个二阶KRC滤波器；电阻R1、R2、R3和电容C1、C2以及运算放大器N2A构成第一二阶低通KRC滤波器
3;电阻R5、R6、R7和电容C3、C4以及运算放大器N2构成一个第二二阶低通滤波器4。两个滤波器相互对称，并且设计参数相同。为了不影响差动放大器的放大功能，应将二阶低通KRC有源滤波器的增益Hcip = I。实施例:取R1=R2=R5=R6=78.7k Ω，R3=R7=100kQ , C1=C2=C3=C4=0.01 μ F，则二阶低通KRC有源滤波器的增益Η- = 1，截止频率= 592.7Hz，品质因数Q^0.707。本发明结合了 SOI压力敏感元件和差动放大电路的温度传递特性，采用四组精密调节电阻分别完成压力变送器零位输出电压调整、满量程输出电压调整、零位输出电压温度补偿和灵敏度温度补偿。并且根据差动放大电路的特点设计了两个独立对称的二阶低通KRC有源滤波器，滤除来自压力敏感元器件的差模干扰信号，保证了压力变送器差动输出电压信号的稳定性；不必使用单独的信号滤波器，使电路简化。经验证，利用本发明的电路原理设计的压力变送器，体积小，重量轻，精度高，可实现-55°C 175°C全温度范围内的综合 误差不大于±0.5%FS。
权利要求
1.一种高精度压力变送器电路，其特征在于:包括恒流源(I)、压阻式SOI压力敏感器件(2)、可调电阻Rpl Rp4、双运放差动放大电路；压阻式SOI压力敏感器件(2)为惠斯登四臂力敏电桥，具有5个接点，其中节点d、e为正电源端，节点b为负电源端，分别与恒流源的流出和流入端相连接；节点a、c分别为正负输出端，分别与差动放大电路的正、负输入端相连接；可调电阻Rp3 —端与压阻式SOI压力敏感器件(2)节点d相连，另一端与恒流源(I)流出端相连；可调电阻Rp2并联在压阻式SOI压力敏感器件(2)正电源端和正输出端之间；可调电阻Rpl并联在压阻式SOI压力敏感器件(2)正负电源端之间，两个运算放大器正输入端之间通过可调电阻Rp4相连。
2.根据权利要求1所述的高精度压力变送器电路，其特征在于:双运放差动放大电路由两个独立对称的二阶低通KRC有源滤波器(3、4)组成，第一二阶低通KRC有源滤波器(3)包括电阻Rl、R2、R3 ；电容Cl、C2 ;运算放大器NI ；电阻Rl的一端为信号输入端，另一端分为两条支路，一条支路通过R2与运算放大器NI正输入端相连，另一条支路通过电容Cl与运算放大器NI负输入端相连；电阻R2与运算放大器NI负输入端通过电容C2接信号地；运算放大器正输入端与输出端并联有电阻R3，第二二阶低通KRC有源滤波器(4)包括电阻R5、R6、R7 ;电容C3、C4 ;运算放大器N2 ;其连接结构和参数取值与第一二阶低通KRC有源滤波器(3)完全相同。`
全文摘要
本发明属于压力传感技术，涉及一种高精度压力变送器的电路设计。本发明结合压阻式SOI压力敏感器件和差动放大电路的不同温度条件下的传递特性，通过精密电阻网络来实现对压力变送器输出信号温度误差的补偿。本发明不必使用热敏电阻和二极管等常用温度补偿器件，仅通过四组精密固定电阻器实现压力变送器的温度补偿，减小了压力变送器的误差；利用该电路设计的压力变送器，适应温度范围为(-55～175)℃，且在全温度范围内的输出误差小于±0.5%FS。具有体积小、重量轻、抗干扰能力强，输出稳定，工艺过程简便的优点，适宜于较大批量的生产。
文档编号G01L9/06GK103234689SQ20131014540
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月24日 优先权日2013年4月24日
发明者徐阳辉, 王学锋, 赖念华, 刘建刚 申请人:武汉航空仪表有限责任公司