該參考設(shè)計(jì)為使用補(bǔ)償型硅壓力傳感器和高精度delta-sigma ADC的經(jīng)濟(jì)高效，低功耗液位測(cè)量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）提供了設(shè)計(jì)思路。本文討論了如何選擇補(bǔ)償式硅壓力傳感器，建議系統(tǒng)算法以及提供噪聲分析。它還描述了校準(zhǔn)思路，以提高系統(tǒng)性能同時(shí)降低復(fù)雜性和成本。

液位測(cè)量在工業(yè)和商業(yè)過(guò)程中都有許多應(yīng)用。從家庭水箱上的水位檢測(cè)到監(jiān)測(cè)工業(yè)上明渠的燃料流，其使用一直在提供安全可靠的系統(tǒng)。也許，液位測(cè)量最簡(jiǎn)單但最重要的應(yīng)用是在洪水檢測(cè)系統(tǒng)中，在天氣不好的情況下，可以使社區(qū)免受洪水的危害。

該參考設(shè)計(jì)是液位測(cè)量和控制系列中的第一個(gè)。在第1部分中，這里介紹了現(xiàn)代壓力傳感器之間的差異，并著重介紹了微機(jī)電（MEMS）溫度補(bǔ)償?shù)墓鑹毫鞲衅鞯淖钚逻M(jìn)展。現(xiàn)在，這些傳感器的價(jià)格合理，并且具有各種封裝，可用于包括液位測(cè)量在內(nèi)的各種精密傳感應(yīng)用。

然后，該文檔介紹了一種經(jīng)濟(jì)型，低功耗，液位測(cè)量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS），該系統(tǒng)使用補(bǔ)償?shù)墓鑹毫鞲衅骱透呔鹊膁elta-sigma ADC。本文將解釋如何選擇補(bǔ)償式硅壓力傳感器。它將建議系統(tǒng)算法，分析噪聲并提供校準(zhǔn)思想，以提高系統(tǒng)性能，同時(shí)降低復(fù)雜性和成本。

測(cè)量壓力-回顧

可以說(shuō)，現(xiàn)代壓力測(cè)量是由意大利物理學(xué)家Evangelista Torricelli1通過(guò)其1643年的水銀氣壓計(jì)發(fā)明而開(kāi)始的。托里切利（Torricelli）在一根長(zhǎng)1米的玻璃管中充滿汞，將其一端完全密封，然后將其開(kāi)口端垂直置于裝有汞的容器中。汞柱降至約760mm，在其水平面上方留有空白。壓力單位Torr是為紀(jì)念本發(fā)明人而命名的，其壓力比為1至760標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。在世界大多數(shù)地方，血壓2均以托（毫米汞柱）為單位進(jìn)行測(cè)量。

現(xiàn)代壓力單位包括國(guó)際系統(tǒng)（SI）定義的Pa（帕斯卡）作為主要壓力單位（Pa = N /m2）。在美國(guó)，一種流行的壓力測(cè)量單位是“ bar”，其單位是磅每平方英寸（PSI）。由于歷史和技術(shù)原因，在各種壓力單位之間轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)單位計(jì)量是一項(xiàng)非常繁瑣的任務(wù)。但是，廣泛可用的免費(fèi)轉(zhuǎn)換表或免費(fèi)在線單位轉(zhuǎn)換器可使工程師的工作更加輕松。

壓力傳感器主要分為兩類：按測(cè)量類型分類：

1.絕對(duì)壓力傳感器，用于測(cè)量相對(duì)于理想真空壓力的壓力。絕對(duì)壓力傳感器的一個(gè)示例是水銀（Hg）氣壓計(jì)，如圖1所示。

2.壓差傳感器，用于測(cè)量作為傳感單元輸入引入的兩個(gè)或多個(gè)壓力之間的壓差。這種傳感器的一個(gè)應(yīng)用示例是差壓流量計(jì)（圖2），其中流體速度的變化會(huì)引起壓力的變化，并產(chǎn)生壓力差ΔP= P1 – P2。

表壓傳感器是另一種差分傳感器，構(gòu)造為測(cè)量相對(duì)于大氣壓的相對(duì)壓力。這種傳感器的一個(gè)例子是流行的輪胎壓力表。當(dāng)輪胎壓力表的讀數(shù)為零時(shí)，它實(shí)際上是在給定位置讀取大氣壓力。

現(xiàn)代壓力傳感器的問(wèn)世

許多工業(yè)，商業(yè)和醫(yī)療應(yīng)用都需要在寬動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)以±1％至±0.1％或更高的精度進(jìn)行精確的壓力測(cè)量，而且價(jià)格合理，并且功耗通常很低。硅壓力傳感器的開(kāi)發(fā)正是應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)的答案。

現(xiàn)代傳感器時(shí)代始于1967年的霍尼韋爾研究中心，Art R. Zias和John Egan申請(qǐng)了受邊緣約束的硅膜片的專利。

自1990年代中期以來(lái)，被稱為MEMS的壓阻式硅基壓力傳感器已大批量生產(chǎn)，具有成本效益，因此成為最受歡迎的壓力傳感器。MEMS器件在絕對(duì)壓力，差壓和表壓模式下的工作壓力范圍為100mbar至1500bar。
基于硅的壓阻式壓力傳感器顯示出比標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變計(jì)高得多的靈敏度。它們?cè)诤愣囟认戮哂辛己玫木€性，并且在破壞性極限以內(nèi)具有可接受的磁滯。這些傳感器還具有一些缺點(diǎn)，這取決于它們的“硅”性質(zhì)：滿量程信號(hào)對(duì)溫度的強(qiáng)烈非線性依賴性，較大的初始偏移以及較大的隨溫度的偏移漂移。

許多工業(yè)和汽車應(yīng)用需要在擴(kuò)展的溫度范圍（-40°C至+ 125°C）中進(jìn)行壓力測(cè)量。為了在此寬溫度范圍內(nèi)以±1％或更高的精度實(shí)現(xiàn)精確的壓力測(cè)量，至少需要實(shí)施一階溫度補(bǔ)償：

VDIFF = VOS +TαVOS+ P（S +TαS）

其中：

• VDIFF是相對(duì)于壓力P和溫度T的差分電壓；
• αS是靈敏度的溫度系數(shù)；
• αVOS是偏移的溫度系數(shù)。

壓阻傳感器的模擬信號(hào)調(diào)理方法以MAX1450為例。該信號(hào)調(diào)理器可以應(yīng)用于未補(bǔ)償?shù)膫鞲衅鳎⑦m用于-40°C至+ 125°C的擴(kuò)展溫度范圍（圖3）。

下一代用于調(diào)節(jié)傳感器信號(hào)的IC（MAX1455）集成了可編程傳感器激勵(lì)，一個(gè)16步可編程增益放大器（PGA），768字節(jié)（6144位）內(nèi)部EEPROM和四個(gè)用于FSO，失調(diào)的16位DAC，和跨度補(bǔ)償。

結(jié)論
新型MEMS溫度補(bǔ)償?shù)墓鑹毫鞲衅鞯膬r(jià)格和封裝尺寸正在下降。這使它們對(duì)于各種精度傳感應(yīng)用具有吸引力，例如液位測(cè)量或流量計(jì)。這些應(yīng)用需要諸如MAX11206之類的低噪聲delta-sigma ADC直接與安裝在PCB上的硅壓力傳感器接口。通過(guò)簡(jiǎn)單的補(bǔ)償方案，此方法可輕松提高這些壓力傳感器的絕對(duì)精度。硅壓力傳感器和ADC一起提供了一種高性能，高性價(jià)比的測(cè)量系統(tǒng)，非常適合便攜式傳感應(yīng)用。

高無(wú)噪聲分辨率，集成緩沖器，出色的共模動(dòng)態(tài)范圍，50 / 60Hz抑制和系統(tǒng)校準(zhǔn)等特性使MAX11206可直接與新型硅壓力傳感器如MPXM2010接口，而無(wú)需額外的儀表放大器或?qū)Ｓ?a target="_blank">電流源。熱誤差的減少還使設(shè)計(jì)人員能夠?qū)嵤┖?jiǎn)單的線性算法，從而進(jìn)一步降低了系統(tǒng)復(fù)雜性和成本。

參考設(shè)計(jì)5523“液位測(cè)量系統(tǒng)使用補(bǔ)償?shù)墓鑹毫鞲衅骱途蹹elta-Sigma ADC，第2部分”中進(jìn)一步討論了該控制和輸送系統(tǒng)，該手冊(cè)解釋了如何實(shí)現(xiàn)可測(cè)量和分配大多數(shù)工業(yè)液體的設(shè)計(jì)。使用非接觸式測(cè)量方法。

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