圧力センサーのブリッジ構成
この記事では、さまざまな圧力センサーのブリッジ構成、それぞれが使用できる場合と使用できない場合、およびそれぞれの長所と短所について説明します。
イントロダクション
ホイートストン ブリッジは Merit Sensor のコアです。 圧力センサー シリコンエッチングダイアフラム上のXNUMXつの抵抗器のグループで構成されています。 ダイアフラムに圧力がかかると、抵抗器にストレスがかかり、抵抗値が変化します。
理想的な設定では、すべての抵抗が完全に一致し、温度に完全に依存しません。
しかし、実際には各抵抗器の抵抗値には差があります。 さらに、温度によっても抵抗値が変化します。 温度によって引き起こされる抵抗値と全体的なブリッジ出力の変化は、抵抗の温度係数 (TCR) と呼ばれます。
多くのアプリケーションでは、温度とは無関係に動作する圧力センサーが必要です。 このようなアプリケーションでは、圧力センサーの TCR を補正する必要があります。
TCR 補正は、パッシブとアクティブの XNUMX つの一般的な方法で行うことができます。 パッシブ補償では、補償抵抗に必要な値を決定するために、各ブリッジ抵抗の値を測定する必要があります。
アクティブ補償では、アナログ回路、マイクロコントローラー、またはシグナル コンディショナーが、さまざまな圧力および温度条件にわたってブリッジ出力を記録し、それに応じてセンサー出力を調整します。
ブリッジ構成
を。 閉まっている – すべての抵抗が接続されているブリッジ (図 1 を参照)。
図 1. クローズド ブリッジ。
閉じたブリッジでは、ブリッジの他の XNUMX つの抵抗が常にそれらに影響を与えるため、個々の抵抗を測定することはできません。
b. 半開き – ハーフ オープン ブリッジは 2 つの分岐に分割され、一方の端で接続されます (図 XNUMX を参照)。
図 2. ハーフ オープン ブリッジ。
クローズド ブリッジとは異なり、ハーフ オープン ブリッジでは各抵抗を測定できます。これは、センサーの性能を判断する必要がある場合に有利です。 さらに、ハーフ オープン ブリッジにより、必要に応じてアクティブまたはパッシブ補償を追加できます。
ハーフ オープン ブリッジには、追加の電気接続が必要です。
c. フルオープン – フル オープン ブリッジは 3 つの分岐に分かれており、両端が開いています (図 XNUMX を参照)。
図 3. フル オープン ブリッジ。
ハーフ オープン ブリッジと同様に、フル オープン ブリッジでも各抵抗の測定が可能です。 アクティブ補償またはパッシブ補償のいずれかを使用できます。 さらに、ブリッジの各半分に個別に電力を供給して測定できるという利点があります。 圧力センサーのアプリケーション XNUMX つの独立したブランチが必要です。
ただし、フル オープン ブリッジ構成には、ハーフ オープン構成で必要とされるものを超える追加の電気接続が必要です。
実装例
を。 閉まっている – クローズド ブリッジ内の個々の抵抗を測定することはできないため、アクティブな補正を使用したり、温度変化によるセンサー出力の変動が許容されるアプリケーションで使用したりできます。
アクティブな補償を備えたクローズド ブリッジを図 4 に示します。
図 4. インターフェイス デバイスを備えたクローズド ブリッジ (シグナル コンディショニング ASIC、マイクロコントローラ、アナログ回路など)
圧力スイッチは、温度の独立性が重要でないクローズド ブリッジに適したアプリケーションの一例です。 ここでは、圧力しきい値に達したことを知ることは、絶対圧力を測定することよりも重要です。
b. 半開き – 図 4 に示すように、ハーフ オープン ブリッジにアクティブ補償を適用できます。 同様に、図 5 に示すように、ハーフ オープン ブリッジにもパッシブ補償を適用できます。
図 5. パッシブ補償を備えたハーフ オープン ブリッジ。
図 5 は、パッシブ補償を備えたハーフ オープン ブリッジの実装を示しており、追加されたコンポーネントと追加の電気接続 (V+で) はブリッジを閉じるために必要です。 名前が示すように、抵抗器を追加することで、スパン、ゼロ、および出力インピーダンスの補償が実現します。 これらのコンポーネントは、必要な条件でオープン ブリッジの測定を行った後に追加する必要があります。
c. フルオープン – フル オープン ブリッジには、広範な実装があります。 フル オープン ブリッジとして使用する以外に、フル オープン ブリッジはクローズド (図 4) またはハーフ オープン ブリッジ (図 5) として使用できます。 図 6 は、フル オープン ブリッジを圧力と温度の XNUMX つの機能に使用する方法を示しています。
図 6. XNUMX つの機能を持つフル オープン ブリッジ。
この実装では、ブリッジの半分が 圧力センサー もうXNUMXつは温度センサーとして使用されています。 ブリッジの半分の電圧スイングしかないため、圧力出力信号の半分しか存在しません。 ただし、これにより、実際のダイ温度を測定できるという追加の利点が得られます。 周囲温度測定と比較すると、この温度測定は、温度補償のためのより正確な入力を可能にします。
アプリケーションに適した構成の選択
ブリッジの構成を決定する際には、センシング システム全体を考慮する必要があります。 まず、ユーザーは温度の独立性が重要かどうかを判断する必要があります。 それが重要な場合は、受動的または能動的な補償を使用するかどうかを決定する必要があります。 アクティブ補償を選択し、シグナル コンディショナまたはその他の電子デバイスを使用する場合は、そのデバイスの要件を満たす必要があります。 同様の機能を持つデバイスには、要件が大きく異なる場合があるため、注意が必要です。
前に説明したように、各構成には独自の長所と短所があります。 フル オープン ブリッジの追加の電気接続により、アセンブリが複雑になりますが、柔軟性が向上し、ブリッジの問題をより簡単にトラブルシューティングする機能も提供されます。
最終的には、システムの徹底的な分析に基づいてブリッジ構成を選択する必要があります。
詳細については、次の記事を参照してください。 AZOSensors.com
