模块详解

1.压力桥式电路

由电阻应变片构成的压力桥式电路如图5-2所示，桥臂的三个电阻固定阻值均为20kΩ，仿真中用可调电位器来代替电阻应变片。测量时，当电阻应变片受到压力变化时，其电阻值会发生相应的变化，从而导致桥上的电压发生变化，产生一个电压差信号。

图5-2　压力桥式电路图

压阻式应变压力传感器主要由电阻应变片按照惠斯通电桥原理组成。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换为电信号的敏感器件。它是压阻式应变压力传感器的主要组成部分之一。应用最多的电阻应变片是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常将应变片通过特殊的黏合剂紧密地黏合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路显示或传输给执行机构。

2.仪用放大电路

仪用放大电路具有能够消除任何共模信号（两输入端的电位相同）而放大差模信号（两输入端的电位不同）的特性。

仪用放大器由两个独立的部分组成，即输入级和输出级，其是在差动放大器的基础上发展起来的一种比较完善的放大器。作为已成型的仪用放大器，其内部由三个运放和一些精密电阻构成，电路原理如图5-3所示。U1∶A、U1∶B是高输入阻抗同相放大器，U1∶C是差动放大器。

图5-3　仪用放大电路原理图

其中，RV2是增益调整电阻，通过改变它可以方便地调整放大器的增益，同时因为电路对称，调整时不会造成共模抑制比的降低。因为它有强抗共模干扰、低温漂、高稳定增益特性，所以在微弱信号检测中被广泛应用。经过计算，此电路的放大倍数为1+2R2/RV2。计算可知最终输出电压为Uo。

3.不平衡电压调整电路

当前面的桥式电路输出的电压差为零时，此时电路的最终输出电压也应该为零，但在实际应用中，可能并不是这样的，所以需要增加一个不平衡电压调整电路。当电压差信号为零时，调节电位器RV1，使得输出电压为零，这样的测量会更加准确，如图5-4所示。

图5-4　不平衡电压调整电路原理图

电阻应变片压力电桥测量电路原理图如图5-5所示，实际电路板中的KP1部分由排针引出，所对应的部分是图5-2所示的电路，它是由一个电阻应变片及三个电阻组成的压力测量电桥。

图5-5　电阻应变片压力电桥测量电路原理图

在进行电路仿真前，压力桥式电路无须调节电位器，只需要调节不平稳电压调整电路，使最终输出的电压值为0V即可，如图5-6所示。

图5-6　电阻应变片压力电桥测量仿真电路图1

下面调节压力桥式电路部分，通过改变压力桥式电路中的电位器，来模拟压力传感器所受到的压力，对应电路输出电压值也在改变，如图5-7所示。此时的电压为2.45V。

图5-7　电阻应变片压力电桥测量仿真电路图2