2.汽車(chē)壓力傳感器
2.1 壓力傳感器的原理和應(yīng)用分類(lèi)
傳感器是將各種非電量（包括物理量、化學(xué)量、生物量等）按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于處理和傳輸?shù)牧硪环N物理量 （一般為電量）的裝置。傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和測(cè)量電路三部分組成，有時(shí)還需外加輔助電源。 傳感器方框圖如圖1所示。
圖1 傳感器方框圖
制造半導(dǎo)體壓力傳感器的基本原理是利用硅晶體的壓阻效應(yīng)。單晶硅材料在受到應(yīng)力作用后，其電阻率發(fā)生明顯變化，這種現(xiàn)象稱(chēng)為壓阻效應(yīng)。
壓力傳感器所用的元件材料是具有壓阻效應(yīng)的單晶硅、擴(kuò)散摻雜硅和多晶硅。根據(jù)晶體不受定向應(yīng)力時(shí)，電導(dǎo)率是同性的，只有受定向應(yīng)力時(shí)才表現(xiàn)出各向異性，由于應(yīng)力能引起能帶的變化，能谷能量移動(dòng)，導(dǎo)致電阻率的變化，于是就有電阻的變化，從而產(chǎn)生壓阻效應(yīng)。單晶硅效應(yīng)包括n型和p型硅壓阻效應(yīng)。選用擴(kuò)散硅目的在于在設(shè)計(jì)制造壓力傳感器時(shí)可根據(jù)不同溫度下硅擴(kuò)散層的壓阻特性選擇合適的擴(kuò)散條件，力求使壓力傳感器具有良好的性能。多晶硅在傳感器中有廣泛的用途，可作為微結(jié)構(gòu)和填充材料、敏感材料。
壓力傳感器按用途分類(lèi)主要是壓力監(jiān)視、壓力測(cè)量和壓力控制及轉(zhuǎn)換成其他量的測(cè)量。按供電方式分為壓阻型和壓電型傳感器，前者是被動(dòng)供電的，需要有外電源。后者是傳感器自身產(chǎn)生電荷，不需要外加電源，根據(jù)不同領(lǐng)域?qū)毫y(cè)量的精度不同分為低精度和高精度的壓力傳感器。
2.2 氣壓傳感器
1）能和原理：主要是用來(lái)檢測(cè)氣壓的傳感器。在硅片的中間，從背面腐蝕形成了正方形的膜片，利用膜片將壓力轉(zhuǎn)換成應(yīng)力，在膜片的表面，通過(guò)擴(kuò)散雜質(zhì)形成了四個(gè)p型測(cè)量電阻，它們按橋式電路連接，利用壓阻效應(yīng)將加在膜片上的應(yīng)力變換成電阻的變化，此電阻的變化通過(guò)橋式電路之后，在橋式電路的兩個(gè)輸出端之間，以電位差的形式對(duì)外輸出。傳感器原理圖如圖2所示。
圖2 傳感器原理圖
2）氣壓的輸出特性：氣壓與輸出關(guān)系曲線如圖3所示，是一接近線性關(guān)系。
圖3 氣壓與輸出關(guān)系曲線
3.輪胎氣壓測(cè)量及電路設(shè)計(jì)
下面以測(cè)量輪胎氣壓為例詳細(xì)闡述氣壓傳感器在汽車(chē)輪胎方面的應(yīng)用。此種設(shè)計(jì)可做成一種便攜式的裝置，測(cè)量時(shí)將氣壓傳感器的表置于輪胎氣門(mén)嘴上，這時(shí)胎壓作用于傳感器的膜片上， 通過(guò)壓阻效應(yīng)和系列變換輸出微弱的電壓信號(hào)，將電壓信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)處理顯示電壓值。由此可知不同的氣壓對(duì)應(yīng)著不同的電壓值，即氣壓值和電壓值是一一對(duì)應(yīng)的，從而間接測(cè)量了氣壓值。胎壓測(cè)量電路方框圖如圖4所示。
圖4胎壓測(cè)量電路方框圖
3.1 氣壓值和電壓值的相互轉(zhuǎn)換
任何一種型號(hào)的輪胎都有其標(biāo)準(zhǔn)氣壓， 某型號(hào)輪胎標(biāo)準(zhǔn)氣壓為P0壓超過(guò)P1高壓，而低于P2為低壓。那么標(biāo)準(zhǔn)氣壓！， 經(jīng)過(guò)此種裝置顯示為一定的電壓值V0壓為P1高壓時(shí)則顯示V1，而達(dá)到低壓狀態(tài)P2時(shí)則顯示V2，氣壓的強(qiáng)弱通過(guò)此種裝置體現(xiàn)在電壓值上，當(dāng)電壓值在V1-V2范圍內(nèi)變化時(shí)，則氣壓是符合標(biāo)準(zhǔn)的。若電壓值高于V1則為高壓狀態(tài)，低于V2則為低壓狀態(tài)，那么此時(shí)應(yīng)采取一系列措施改變輪胎氣壓值在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，從而起到保護(hù)輪胎的效果。
3.2 電壓信號(hào)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(hào)小的放大器中，如光電池傳感器、應(yīng)變片傳感器以及壓力傳感器等。由于它具有低噪聲、增益精度高、增益溫度系數(shù)小和高線性度等優(yōu)良性能。用于此系統(tǒng)中是非常理想的。AD620是一種只用一個(gè)外部電阻就能設(shè)置放大倍數(shù)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(yīng)用在壓力傳感器中的重要因素，傳感器信號(hào)放大電路如圖5所示。
圖5 傳感器信號(hào)放大電路
3.3 電壓信號(hào)數(shù)字化和顯示
放大后的模擬電壓經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果通過(guò)計(jì)數(shù)譯碼電路變換成7段譯碼， 最后驅(qū)動(dòng)顯示出相應(yīng)的數(shù)值， 傳感器驅(qū)動(dòng)顯示電路方框圖如圖6所示。
圖6 傳感器驅(qū)動(dòng)顯示電路
選用雙積分A/D轉(zhuǎn)換器MC14433構(gòu)成3 1/2的數(shù)字電壓顯示， 采用動(dòng)態(tài)掃描顯示有多路調(diào)制的BCD碼輸出和超量程輸出端， 便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。MC1413為集成電路驅(qū)動(dòng)器， 它含有7個(gè)反相驅(qū)動(dòng)單元， 各單元采用達(dá)林頓晶體管電路。CC4511為7段譯碼驅(qū)動(dòng)。MC14433提供輸出可調(diào)的基準(zhǔn)電壓， 當(dāng)基準(zhǔn)電壓為一定值時(shí)， 輸出電壓范圍為定值。
4. 結(jié)束語(yǔ)
汽車(chē)壓力傳感器在輪胎方面的應(yīng)用正在不斷地改進(jìn)， 其中有很多種方式， 如采用無(wú)線電發(fā)射和接受方式來(lái)測(cè)量氣壓的高低。汽車(chē)壓力傳感器的品種正在不斷地增加， 功能正在不斷地完善。一般地說(shuō)來(lái)，開(kāi)關(guān)式傳感器逐漸被線性壓力傳感器替代， 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(shù)字式傳感器、智能化傳感器取代。