电阻电桥基础:使用硅应变仪的高输出信号电桥

字校准。

VOUT = VB × （P × S0 × （1 + S1 × （T - T0）） + U0 + U1 × （T - T0））（式1）

式中，VOUT为电桥输出，VB是电桥的激励电压，P是所加的压力，T0是参考温度，S0是T0温度下的灵敏度，S1是灵敏度的温度系数（TCS），U0是在无压力时电桥在温度T0输出的偏移量（或失衡），而U1则是偏移量的温度系数（OTC）。

式1使用一次多项式来对传感器进行建模。有些应用场合可能会用到高次多项式、分段线性技术、或者分段二次逼近模型，并为其中的系数建立一个查寻表。无论使用哪种模型，数字校准时都要对VOUT、VB和T进行数字化，同时要采用某种方式来确定全部系数，并进行必要的计算。式2由式1整理并解出P。从式2可以更清楚地看到，为了得到精确的压力值，数字计算（通常由微控制器（µC）执行）所需的信息。

P = （VOUT/VB - U0 - U1 × （T-T0））/（S0 × （1 + S1 × （T-T0））（式2）

电压驱动

图1电路中的电压驱动方式使用一个高精度ADC来对VOUT （AIN1/AIN2）、温度（AIN3/AIN4）和VB （AIN5/AIN6）进行数字化。这些测量值随后被传送到µC，在那里计算实际的压力。电桥直接由电源驱动，这个电源同时也为ADC、电压基准和µC供电。电路图中标有Rt的电阻式温度检测器用来测量温度。通过ADC内的输入复用器同时测量电桥、RTD和电源电压。为确定校准系数，整个系统（或至少是RTD和电桥）被放到温箱里，向电桥施加校准过的压力，并在多个不同温度下进行测量。测量数据通过测试系统进行处理，以确定校准系数。最终的系数被下载到µC并存储到非易失性存储器中。

图1. 该电路直接测量计算实际压力所需的变量（激励电压、温度和电桥输出）

设计该电路时主要应考虑的是动态范围和ADC的分辨率。最低要求取决于具体应用和所选的传感器和RTD的参数。为了举例说明，使用下列参数：

系统规格

满量程压力：100psi

压力分辨率：0.05psi

温度范围：-40°C到+85°C

电源电压：4.75到5.25V

压力传感器规格

S0 （灵敏度）： 150到300µV/V/psi

S1 （灵敏度的温度系数）： 最大-2500ppm/°C

U0 （偏移）： -3到+3mV/V

U1 （偏移的温度系数）： -15到+15µV/V/°C

RB （输入电阻）： 4.5k

TCR （电阻温度系数）： 1200ppm/°C

RTD： PT100

α： 3850ppm/°C （ΔR/°C = 0.385，Ω额定值）

-40°C时的值： 84.27Ω

0°C时值： 100Ω

85°C时值： 132.80Ω