典型的进气压力传感器分析

1. 压力传感器的定义

压力传感器是利用高精密半导体电阻应变片组成惠斯顿电桥实现力电转换

汽车上主要的压力传感器有进气压力传感器、增压压力传感器、空调压力传感器、机油压力传感器、油箱压力传感器等

本文将对典型的进气压力传感器进行分析

2. 进气压力传感器

2.1.1进气压力传感器结构图1

其中

R1,R2,R3,R4为高精度高输入阻抗的应变电阻，R1,R4随着压力增大阻值微小变大，R2,R3随着压力增大阻值微小变小，并且变化相等.即可得出R1=R4,R2=R3

那么，(V+)-(V-)=VCCR4/(R2+R4)-VCCR3/(R3+R1)=VCC*(R4-R2)/(R2+R4）

VO=A*(V+-V-)

但是电路存在以下两个致命缺陷

1）开环增益的放大倍数A受温度影响很大，不稳定导致VO的值不稳定

2）运放为非理想运放，运放的输入阻抗会与左侧电桥并联导致V+和V-的电压值有一定的波动

2.1.2进气压力传感器结构图2

基于2.1.1的缺点，改进后的电路结构如下

VO与(V+-V-)的计算过程如下

取R5=R6=R56, R7=R8=R78, R9=R10=R910

1）利用运放A1和A2的虚短特性

V03=V+; V04=V-

I（Rw）=(V03-V04)/Rw=（V+-V-）/Rw

V01=V03+ I（Rw）*R5= (V+)+ I（Rw）*R5= (V+)+（V+-V-）/Rw *R5= (V+)+（V+-V-）/Rw *R56

V02=V04- I（Rw）*R6=(V-)- I（Rw）*R6=(V-)-（V+-V-）/Rw *R6=(V-)-（V+-V-）/Rw *R56

V01-V02=(V+-V-)(1+2*R56/Rw) 式1

2）利用运放A3的虚断特性

V05=V01*R9/(R7+R9)

那么V01/V05=1+R7/R9= (1+R78/R910) **式2**

V01/(R7+R9)=V05/R9

即V01/(R78+R910)=V05/R910 式3

3）利用运放A3的虚短特性

V05=V06 式4

4）利用运放A3的虚断特性

(VO-V02)/(R8+R10)=(VO-V06)/R10

即(VO-V02)/(R78+R910)=(VO-V06)/R910式5

式3/式5为：V01/ (VO-V02)=V05/(VO-V06)

将式4代入得：V01/(VO-V02)=V05/(VO-V05)

整理得：VO=(V01-V02)*V05/(V01-V05)=(V01-V02)/(V01/V05-1)

将式1、式2代入得：VO=(V+-V-)(1+2R56/Rw)/(1+R78/R910-1)=(V+-V-)(1+2R56/Rw)/(R78/R910)

即VO=(V+-V-) (R910//R78) (1+2*R56/Rw)

从上式可以看出，调节Rw,可调节放大倍数

2.2.进气压力传感器曲线图

以UAES的某款进气压力传感器为例

2.3.控制器与进气压力传感器接口电路

2.4.进气压力传感器与控制器的接口电路设计

以UAES某款进气压力传感器为例，上拉到VCC或下拉到GND都可以，为了实现线束断裂诊断功能，上拉或下拉电阻匹配50kohm以上，如470k，681k等