项目3.2LED显示排压力计设计（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（清华大学版）

06 一月 2024 1 项目二 LED显示排压力计设计 一、项目目标 根据压力传感器的相关知识，设计一压力感器检测装置，进一步巩固所学知识，学会电路的调试。 利用压力传感器设计一压力检测电路，检测汽车油箱设计一种具有10个发光二极管的显示排，压力显示的分辨率大概为满量程的1/10，全部信号为模拟信号，经放大器放大后输出为4V。 压力传感器的应用 06 一月 2024 2 二、项目分析 在无线电收音机或收录机中常用LED（发光二极管）排来显示接收到的或播放的音频信号大小。在工业生产中也常用LED排，配合压力传感器的压力测定，来粗略显示压力的大小，如储油罐或汽车油箱的油量显示。 只要利用压力传感器将压力转换成电压信号经放大电路放大后送至电压比较器，根据电压大小分别驱动LED排上的发光二极管，发亮的LED个数就表示被测压力的量值。 压力传感器的应用 06 一月 2024 3 当LED排上发光二极管全部都亮时，就代表压力的满量程值。 三、项目实施 1．电路原理 LED显示排压力计电路可以分为三部分： （1）压力传感器和信号处理部分； （2）参照电压和比较器； （3）发光二极管显示排 压力传感器的应用 06 一月 2024 4 （1）压力传感器和信号处理部分 压力传感器应用电路图如图3.9所示。 图3.9 压力传感器应用电路图 图中，IC1为电压跟随器，用于电路调零。IC2、IC3为二级双运放放大电路，整个电路的输出V0与输入关系为 压力传感器的应用 06 一月 2024 5 （3.38） 式中Vd为差模输入电压（传感器的输出）；Vcm为共模输入电压（≈传感器输出对地电压）；VR为电平移动，可由下式求的： (3.39) 压力传感器的应用 06 一月 2024 6 IC1构成电压跟随器，完成零点电压调整。压力传感器在5V恒压激励下，零点输出调整到±2mV。经一级运放后被放大为±160mV。为了消除零点电压的影响，防止V0出现负值（当零点被放大为-160mV时），必须使V0电平向上移动200 mV（即200-160=40），并留有40mV毫伏的余量，分压器VR1和R6的分压点电位VR： 输入给电压跟随器IC1的正端，使V0电平向上移200mV。 压力传感器的应用 06 一月 2024 7 为了抑制共模输入电压Vcm的影响，要求R3／R4= R2／R1， R3、R4、R2、R1都采用100KΩ电阻。这样，电平移动VR=200mV。放大器IC1起电压跟随器的作用，将分压器的电压分压值VR=200mV输入给放大器IC2，因为放大电路的增益AW= V0／VH=80，由上面表达式可以解出增益调整电阻RG。 RG=200KΩ／(80-2)=2.56 KΩ 调整RG的阻值，使传感器满量程输出电压达到4V。 压力传感器的应用 06 一月 2024 8 （2）电压比较器和LED显示排电路 电压比较器和LED显示排电路连接图如图3.10所示。 图3.10 电压比较器和LED显示排电路连接图 压力传感器的应用 06 一月 2024 9 电压比较电路主要由串联电阻分压器和放大器所组成，分压器两端用恒压5V供电，各分压点电平由零至5V按电阻值比例分配。设分压点的电平为Vci（i=1~10），并联到各放大器的负端。再将传感器放大电路的输出端V0并联到各放大器的正端，V0代表被测电压的大小，满量程输出为（4+0.2）V。这样V0便可与串联电阻的分压点电平Vci相比较，当V0大于Vci，即放大器的正端电平高于其负端电平，放大器便有电流流出。也就是说LED排的第i个以下的发光二极管全亮，被测电压达到i档次。 压力传感器的应用 06 一月 2024 10 因为一个发光二极管代表压力高低的一个档次，（0.1MPa）。传感器的灵敏度为10mv/V/ MPa.传感器用5V恒压供电，放大倍数为80倍，则每0.1 MPa档次的输出电平差为400 mV。电平比较器的串联总电阻为5000Ω，用5V恒压供电时，流过的电流为1mA。这样取分压电阻R=400Ω，其上电压降为400 mV、也就是说参照比较电平的间隔档次为400 mV，当被监视压力为为0.1MPa时，放大器输出为零点输出（360~40 mV）+400 mV=760~440 mV。 压力传感器的应用 06 一月 2024 11 取第一级分压电阻R=400Ω，分压点电平为0.4V，此时第一个发光二极管便亮，