Page 95 - 《橡塑技术与装备》2021年5期（3月上半月 橡胶）

产品与设计 豆鹏飞·单片机控制轮胎自动充气装置的设计

用的是压力传感器， 这种传感器主要用于对气体、液 型，将电压量的变化改为压力的变化，即可以测出一
体的动态和静态的压力的测量。如对内燃机管道和动 定范围内的压力值。其中测量电路中最主要的元器件
力设备管道进、出气孔流液的压力、发动机喷口的压 就是电阻应变式传感器 [5] 。设计还利用了运算放大电
力等的测量。这种传感器主要采用膜片、薄板、筒式 路的作用，就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行
等组成的弹性元件。传感器所用的应变片电阻值国内 一定倍数的放大，以满足 A/D 转换器对输入信号电平
标准有 ： 60、120、350、和 600 Ω 等各种阻值，其中 的进行各种转换处理的要求。压力检测部分连接如图
以 120 Ω 为最常用。利用电桥测量原理，通过对电路 2 所示。
输出电压和标准压强的线性关系，建立具体的数学模

U 传感器
1
OUT IN
+15V +12V R R
3
2 1 11
120 2M
R 4
R 1 1K
4K R 9 5
4 2K4 U2B R
3 7 1 13
U2A R CA324 1K
1 R 7 10 6
CA324 10K 2K4
2
C 1 R
2
103pF 1K 11 R 12
R
5 2M C 2
1K 103pF
R 6 R 8
120 120
-12V
图 2 压力检测电路原理图

此部分压力传感器参照了 LAB6000 使用说明书
R R' 4 R*
3
电路原理图，传感器的工作原理本质上是惠斯通电 120 6K 120
桥，该电桥温度特性好 [6] 。传感器上的差动输出信号
是由膜片压力造成的电桥不平衡产生的。压力传感器
Uo
膜片结构特性，即为差动输出电压（U）和偏置电压
△ U 两者之间成正比关系。四个桥臂电阻处于某种程 R 6 R' R 8
120 5 120
度时，则其电桥输出值为 0，但其也可以提供一种最 6K
通用的方法，即温度补偿 [7] 。该电路三部分组成 ：（1）
电源电路部分 ；（2） 电桥电路部分 ；（3） 放大电路部
分。如图所示，传感器采用 15V 恒压源 Vcc 供电，经
U1
过 R 1 与 R 2 分压（电容 C1 起滤波作用），U2A 起到电
图 3 压力传感器电桥电路
压跟随器的作用，所以点 1、2、3 三点处有相同电压
U 1 : 受力时，电阻变化对应的输出电压值为 [8] ：
U 1 =R 2 V cc /(R 2 +R 1 ) ∆ R ' R
U = U ×
O
根据上式，带入数据 R 1 =4K，R 2 =1K，V CC =15V， ( 1+ R ' R + ∆ R ' R )( 1+ ' R R )
求得 U 1 =3V。
由于△ R<<1，则上式可化简为
经过电路分析电桥部分可等效为如图 3 所示。
设桥臂电阻分别为 R 1 ， R 2 ， R 3 ， R 4 ， R 1 =R 3 =R’=1/（1/ U = U × ∆ R ' R
O
R 3 +1/R 4 ）=118Ω，R 2 =R 4 =R’=120Ω，则当压力传感器

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年