摘要：應變片傳感器具有可靠、可重復性好等特性，并且非常精確，廣泛用于制造、工藝控制以及研究領域。它將應變轉換為電信號，用于壓力傳感、重量測量、力和扭矩測量，以及材料分析等。應變片是一個簡單的電阻，其阻值隨所粘合的材料應變而變化。本文介紹用于溫度補償的max1452傳感器信號調理器。max1452靈活的電橋激勵方法大大提高了用戶的設計自由度。本文主要關注帶有和不帶有電流放大的電壓驅動電路，也可以實現很多其他電橋驅動配置。其他設計考慮包括在控制環路上使用外部溫度傳感器，在環路中送入out信號，實現傳感器線性化調理(即，相對于測量參數的非線性)。
　
　　目前可以提供的應變片具有較寬的零應變電阻選擇范圍，可以選擇的傳感器材料和相關技術也非常廣泛，但在大量應用中主要采用了幾類數值(例如，120ω和350ω)。過去，標準值很容易實現與基本磁反射計的連接，這些反射計含有匹配輸入阻抗網絡，從而簡化了應變測量。

應變片的類型和組成

　　金屬應變片的生產采用了一定數量的合金，選擇較小的應變片和應變材料溫度系數差。鋼、不銹鋼和鋁成為主要的傳感器材料。也可以使用鈹銅、鑄鐵和鈦，“大部分”合金推動了溫度兼容應變片的大批量低成本生產。350ω銅鎳合金應變片是最常用的。

　　厚膜和薄膜應變片具有可靠和易于生產的特性，適用于汽車行業，其生產一般采用陶瓷或者金屬基底，在表面沉積絕緣材料。通過汽相沉積工藝將應變片材料沉積在絕緣層的表面。采用激光汽化或者光掩模和化學刻蝕技術在材料上刻出傳感片和連接線。有時會加入保護絕緣層，以保護應變片和連接線。

　　應變片材料一般包括專用合金，以產生所需的應變片阻抗、阻抗壓力變化，以及(出于溫度穩定性)傳感器和基本金屬之間的最佳溫度系數匹配等。針對該技術開發了標稱3kω至30kω的應變片和電橋電阻，用于生產壓力和力傳感器。

電橋激勵技術

　　應變片、薄膜和厚膜應變片傳感器一般采用惠斯通電橋。惠斯通電橋將應變片應變產生的電阻轉換為差分電壓(圖1)。+exc和-exc終端加上激勵電壓后，+v_out和-v_out終端上出現與應變成正比的差分電壓。

　　圖1. 惠斯通電橋配置中連接的應變片

　　在半有源惠斯通電橋電路(圖2)中，電橋只有兩個元件是應變片，它們響應材料中的應變。這種配置的輸出信號(滿量程負載一般為1mv/v)是全有源電橋的一半。

　　圖2. 半有源惠斯通電橋配置中連接的應變片

　　另一種全有源電橋電路(圖3)采用了四片以上有源350ω應變片。特征電橋電阻是350ω，輸出靈敏度是2mv/v，應變片在較大范圍內采用了應變材料。

　　圖3. 一種16應變片惠斯通電橋配置

溫度對傳感器性能的影響

　　溫度導致零負載輸出電壓漂移(也稱為失調)，在負載情況下使靈敏度出現變化(也定義為滿量程輸出電壓)，對傳感器性能有不利的影響。傳感器生產商在電路中引入溫度敏感電阻，補償這些變化的一階影響，如圖1-3所示。

　　當溫度變化時，電阻r_fsotc和r_{fsotc_shunt}調制電橋激勵電壓。一般而言，r_fsotc材料有正溫度系數，電橋激勵電壓隨溫度升高而降低。隨著溫度的提高，傳感器輸出對負載越來越敏感。降低電橋激勵電壓能夠減小傳感器輸出，有效地抵消內在溫度效應。電阻r_shunt對溫度或者應變不敏感，用于調整r_fsotc產生的tc補償量。0ω的r_shunt能夠抵消r_fsotc的所有影響，而無限大的值(開路)將使能r_fsotc的所有影響。該方法補償一階溫度靈敏度的效果非常好，但是不能解決更復雜的高階非線性效應。

　　通過在電橋的一臂上插入溫度敏感電阻來完成失調變化的溫度補償。這些電阻是圖1-3中所示的r_{otc_pos}和r_{otc_neg}。分流電阻(r_{otc_shunt})調整r_{otc_pos}或者r_{otc_neg}引入的溫度影響量。使用r_{otc_pos}或者r_{otc_neg}取決于失調是正溫度系數還是負溫度系數。

怎樣實現電流激勵驅動

　　由于電橋電阻隨負載變化，以及內置靈敏度補償網絡(圖2中顯示的r_fsotc和r_fsotc-shunt)中的電流過大或者電流反向等原因，使用電流來激勵電橋傳感器有很大的困難。

　　可以采用各種方法來解決這些問題，實現電流激勵驅動。一種簡單的方法是使用max14