中心議題：

• 壓力傳感器的原理及其應用電路設計

解決方案：

• 利用矽晶體的壓阻效應
• 選用高精度低噪聲儀用放大器AD620

• 選用雙積分A/D轉換器

1.引言

汽車傳感器是汽車電子化
、智能化的基礎和關鍵，而其中使用較多、發展最快的是壓力傳感器。汽車壓力傳感器應用在汽車的很多係統中，如電子檢測係統、保(bao)安(an)防(fang)撞(zhuang)係(xi)統(tong)等(deng)。其(qi)中(zhong)應(ying)用(yong)在(zai)輪(lun)胎(tai)氣(qi)壓(ya)方(fang)麵(mian)的(de)目(mu)的(de)在(zai)於(yu)最(zui)大(da)限(xian)度(du)地(di)減(jian)少(shao)或(huo)消(xiao)除(chu)高(gao)壓(ya)爆(bao)胎(tai)和(he)低(di)壓(ya)輾(zhan)胎(tai)造(zao)成(cheng)的(de)輪(lun)胎(tai)早(zao)期(qi)的(de)損(sun)壞(huai)，使(shi)輪(lun)胎(tai)經(jing)常(chang)保(bao)持(chi)標(biao)準(zhun)氣(qi)壓(ya)
， 延(yan)長(chang)輪(lun)胎(tai)的(de)壽(shou)命(ming)
，降(jiang)低(di)輪(lun)胎(tai)的(de)消(xiao)耗(hao)，提(ti)高(gao)經(jing)濟(ji)效(xiao)益(yi)。有(you)報(bao)道(dao)說(shuo)，將(jiang)微(wei)型(xing)壓(ya)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)埋(mai)置(zhi)於(yu)汽(qi)車(che)輪(lun)胎(tai)中(zhong)，測(ce)量(liang)其(qi)中(zhong)氣(qi)壓(ya)
，以(yi)控(kong)製(zhi)對(dui)輪(lun)胎(tai)的(de)充(chong)氣(qi)量(liang)，避(bi)免(mian)過(guo)量(liang)和(he)不(bu)夠(gou)，由(you)此(ci)可(ke)節(jie)省(sheng)百(bai)分(fen)之(zhi)十(shi)的(de)汽(qi)油(you)。

2.汽車壓力傳感器

2.1 壓力傳感器的原理和應用分類

傳感器是將各種非電量（包括物理量、化學量、生物量等）按一定規律轉換成便於處理和傳輸的另一種物理量（一般為電量）的裝置。傳感器一般由敏感元件、轉換元件和測量電路三部分組成，有時還需外加輔助電源。 傳感器方框圖如圖1所示。


製zhi造zao半ban導dao體ti壓ya力li傳chuan感gan器qi的de基ji本ben原yuan理li是shi利li用yong矽gui晶jing體ti的de壓ya阻zu效xiao應ying。單dan晶jing矽gui材cai料liao在zai受shou到dao應ying力li作zuo用yong後hou
，其qi電dian阻zu率lv發fa生sheng明ming顯xian變bian化hua，這zhe種zhong現xian象xiang稱cheng為wei壓ya阻zu效xiao應ying。

壓力傳感器所用的元件材料是具有壓阻效應的單晶矽
、擴(kuo)散(san)摻(chan)雜(za)矽(gui)和(he)多(duo)晶(jing)矽(gui)。根(gen)據(ju)晶(jing)體(ti)不(bu)受(shou)定(ding)向(xiang)應(ying)力(li)時(shi)，電(dian)導(dao)率(lv)是(shi)同(tong)性(xing)的(de)，隻(zhi)有(you)受(shou)定(ding)向(xiang)應(ying)力(li)時(shi)才(cai)表(biao)現(xian)出(chu)各(ge)向(xiang)異(yi)性(xing)，由(you)於(yu)應(ying)力(li)能(neng)引(yin)起(qi)能(neng)帶(dai)的(de)變(bian)化(hua)

，能(neng)穀(gu)能(neng)量(liang)移(yi)動(dong)
，導(dao)致(zhi)電(dian)阻(zu)率(lv)的(de)變(bian)化(hua)，於(yu)是(shi)就(jiu)有(you)電(dian)阻(zu)的(de)變(bian)化(hua)，從(cong)而(er)產(chan)生(sheng)壓(ya)阻(zu)效(xiao)應(ying)。單(dan)晶(jing)矽(gui)效(xiao)應(ying)包(bao)括(kuo)n型和pxingguiyazuxiaoying。xuanyongkuosanguimudezaiyuzaishejizhizaoyalichuanganqishikegenjubutongwenduxiaguikuosancengdeyazutexingxuanzeheshidekuosantiaojian
，liqiushiyalichuanganqijuyoulianghaodexingneng。duojingguizaichuanganqizhongyouguangfandeyongtu


，kezuoweiweijiegouhetianchongcailiao
、敏感材料。

壓力傳感器按用途分類主要是壓力監視
、壓(ya)力(li)測(ce)量(liang)和(he)壓(ya)力(li)控(kong)製(zhi)及(ji)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)其(qi)他(ta)量(liang)的(de)測(ce)量(liang)。按(an)供(gong)電(dian)方(fang)式(shi)分(fen)為(wei)壓(ya)阻(zu)型(xing)和(he)壓(ya)電(dian)型(xing)傳(chuan)感(gan)器(qi)，前(qian)者(zhe)是(shi)被(bei)動(dong)供(gong)電(dian)的(de)
，需(xu)要(yao)有(you)外(wai)電(dian)源(yuan)。後(hou)者(zhe)是(shi)傳(chuan)感(gan)器(qi)自(zi)身(shen)產(chan)生(sheng)電(dian)荷(he)，不(bu)需(xu)要(yao)外(wai)加(jia)電(dian)源(yuan)，根(gen)據(ju)不(bu)同(tong)領(ling)域(yu)對(dui)壓(ya)力(li)測(ce)量(liang)的(de)精(jing)度(du)不(bu)同(tong)分(fen)為(wei)低(di)精(jing)度(du)和(he)高(gao)精(jing)度(du)的(de)壓(ya)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)。
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2.2 氣壓傳感器

1）能和原理：主zhu要yao是shi用yong來lai檢jian測ce氣qi壓ya的de傳chuan感gan器qi。在zai矽gui片pian的de中zhong間jian，從cong背bei麵mian腐fu蝕shi形xing成cheng了le正zheng方fang形xing的de膜mo片pian，利li用yong膜mo片pian將jiang壓ya力li轉zhuan換huan成cheng應ying力li，在zai膜mo片pian的de表biao麵mian，通tong過guo擴kuo散san雜za質zhi形xing成cheng了le四si個gep型xing測ce量liang電dian阻zu，它ta們men按an橋qiao式shi電dian路lu連lian接jie
，利li用yong壓ya阻zu效xiao應ying將jiang加jia在zai膜mo片pian上shang的de應ying力li變bian換huan成cheng電dian阻zu的de變bian化hua，此ci電dian阻zu的de變bian化hua通tong過guo橋qiao式shi電dian路lu之zhi後hou，在zai橋qiao式shi電dian路lu的de兩liang個ge輸shu出chu端duan之zhi間jian
，以yi電dian位wei差cha的de形xing式shi對dui外wai輸shu出chu。傳chuan感gan器qi原yuan理li圖tu如ru圖tu2所示。


2）氣壓的輸出特性：氣壓與輸出關係曲線如圖3所示，是一接近線性關係。


3.輪胎氣壓測量及電路設計

下(xia)麵(mian)以(yi)測(ce)量(liang)輪(lun)胎(tai)氣(qi)壓(ya)為(wei)例(li)詳(xiang)細(xi)闡(chan)述(shu)氣(qi)壓(ya)傳(chuan)感(gan)器(qi)在(zai)汽(qi)車(che)輪(lun)胎(tai)方(fang)麵(mian)的(de)應(ying)用(yong)。此(ci)種(zhong)設(she)計(ji)可(ke)做(zuo)成(cheng)一(yi)種(zhong)便(bian)攜(xie)式(shi)的(de)裝(zhuang)置(zhi)
，測(ce)量(liang)時(shi)將(jiang)氣(qi)壓(ya)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)表(biao)置(zhi)於(yu)輪(lun)胎(tai)氣(qi)門(men)嘴(zui)上(shang)
，這(zhe)時(shi)胎(tai)壓(ya)作(zuo)用(yong)於(yu)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)膜(mo)片(pian)上(shang)，通(tong)過(guo)壓(ya)阻(zu)效(xiao)應(ying)和(he)係(xi)列(lie)變(bian)換(huan)輸(shu)出(chu)微(wei)弱(ruo)的(de)電(dian)壓(ya)信(xin)號(hao)，將(jiang)電(dian)壓(ya)信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)相(xiang)應(ying)處(chu)理(li)顯(xian)示(shi)電(dian)壓(ya)值(zhi)。由(you)此(ci)可(ke)知(zhi)不(bu)同(tong)的(de)氣(qi)壓(ya)對(dui)應(ying)著(zhe)不(bu)同(tong)的(de)電(dian)壓(ya)值(zhi)
，即(ji)氣(qi)壓(ya)值(zhi)和(he)電(dian)壓(ya)值(zhi)是(shi)一(yi)一(yi)對(dui)應(ying)的(de)，從(cong)而(er)間(jian)接(jie)測(ce)量(liang)了(le)氣(qi)壓(ya)值(zhi)。胎(tai)壓(ya)測(ce)量(liang)電(dian)路(lu)方(fang)框(kuang)圖(tu)如(ru)圖(tu)4所示。


3.1 氣壓值和電壓值的相互轉換

任何一種型號的輪胎都有其標準氣壓， 某型號輪胎標準氣壓為P0壓超過P1高壓，而低於P2為低壓。那麼標準氣壓！，經過此種裝置顯示為一定的電壓值V0壓為P1高壓時則顯示V1，而達到低壓狀態P2時則顯示V2
，氣壓的強弱通過此種裝置體現在電壓值上，當電壓值在V1-V2範圍內變化時，則氣壓是符合標準的。若電壓值高於V1則為高壓狀態，低於V2則為低壓狀態，那麼此時應采取一係列措施改變輪胎氣壓值在標準範圍內，從而起到保護輪胎的效果。
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3.2 電壓信號放大電路

我們選用的高精度低噪聲儀用放大器AD620，可以用在傳感器輸出信號小的放大器中，如光電池傳感器、應變片傳感器以及壓力傳感器等。由於它具有低噪聲、增益精度高、增益溫度係數小和高線性度等優良性能。用於此係統中是非常理想的。AD620是一種隻用一個外部電阻就能設置放大倍數為1-1000的儀表放大器
，具有良好的直流性能和交流性能，AD620的體積小
、功耗低成為應用在壓力傳感器中的重要因素，傳感器信號放大電路如圖5所示。


3.3 電壓信號數字化和顯示

放大後的模擬電壓經過A/D轉換器實現模擬量到數字量的轉換。A/D轉換結果通過計數譯碼電路變換成7段譯碼，最後驅動顯示出相應的數值
， 傳感器驅動顯示電路方框圖如圖6所示。


選用雙積分A/D轉換器MC14433構成3 1/2的數字電壓顯示， 采用動態掃描顯示有多路調製的BCD碼輸出和超量程輸出端，便於實現自動控製。MC1413為集成電路驅動器， 它含有7個反相驅動單元，各單元采用達林頓晶體管電路。CC4511為7段譯碼驅動。MC14433提供輸出可調的基準電壓， 當基準電壓為一定值時，輸出電壓範圍為定值。

4. 結束語

汽車壓力傳感器在輪胎方麵的應用正在不斷地改進， qizhongyouhenduozhongfangshi，rucaiyongwuxiandianfashehejieshoufangshilaiceliangqiyadegaodi。qicheyalichuanganqidepinzhongzhengzaibuduandizengjia，gongnengzhengzaibuduandiwanshan。yibandishuolai

，kaiguanshichuanganqizhujianbeixianxingyalichuanganqitidai， 普通性的逐漸被高性能


、多功能的傳感器取代，模擬式壓力傳感器逐漸被數字式傳感器、智能化傳感器取代。