NPC-1210压力传感器在板增益电阻的特性分析及信号放大注意事项
NPC-1210是安费诺传感器（Amphenol Sensors）旗下NovaSensor的一款经典中低压力产品。广泛应用于医疗及工业行业中压力，流量测量等多个场合。该系列压力传感很好地诠释了硅阻压力传感器的封装、温度补偿以及可互换性等实现为一体的方式。本文通过该系列产品中的互换性实现的方式进行简单分析，以帮助我们了解该产品的正确的使用方式。
图-1 产品封装外观图
§ NPC-1210的信号驱动及二次调理放大原理图
图-1 NPC-1210信号驱动及放大电路[1]
NPC-1210是一款经过温度补偿和压力校准后的模拟差分输出方式的压力产品。为将产品输出标幺化，使得每个产品获得一致性、替换性，在对硅压阻电桥温度补偿的同时，我们通过在每个传感器陶瓷基板上增加一个经过激光修刻的厚膜电阻来实现这个特性。如图-2中管脚5和6之间的电阻即为该增添的电阻，该电阻是作为外部差分放大电路中的增益电阻r来使用的。
由于每个传感器的灵敏度在温度补偿之后仍然存在差异，因此在固定激励的情况下，输出电压（+Out和-Out之间的电压差）也会存在大小不一的情况。除数字信号调理方式之外，其余的模拟温度补偿调理方式中，一般分为两步。
第一步，是将0点（Offset）输出作为主要关注点，而把满量程输出（FSO）作为次要特性对待，典型如Nova的高压、中压的注油芯体压力传感器的NPI-15，19系列产品，包括NPC-1210/1220系列产品的一次调理输出。
第二步，在固定激励下，如已知每个传感器输出FSO值，再在调理板上增加额外的电阻，以获得二次调理后的FSO的一致性。NPC-1210/1220就是这样的产品，但是二者二次调理的方式存在明显的差异。本文主要分析NPC-1210二次调理的原理和方式。NPC-1220的二次调理可以以此类推。
§ NPC-1210的信号二次调理原理分析
NPC1210该电阻r通过下面的公式获得：
差分放大电路的输出：
(1)
其中：
· 为差分信号在固定激励1.5mA时，一次满量程输出值（单位：v）
· 为差分信号在固定激励下二次调理放大后的满量程输出值（单位：v），这里＝3.012V。
· r为二次调理需要设置的增益电阻（单位：kOhms）
· R为外部差分放大电路中的反馈电阻（单位：kOhms）。这里R=100kOhms
从而得出：
(2)
传感器的一次调理输出与激励大小在一定范围内为简单比例关系。由于各个传感器之间存在灵敏度的差异，因此，在不同的激励下，传感器的一次满量程输出与参考激励下的一次满量程输出，有以下简单关系：
(3)
其中A为激励电流Ia与参考电流Ir的比值，即：
(4)
所以二次调理放大后，将式-（2）和（4）代入（1），满量程FSO输出为：
(5)
我们注意到上面等式的变化。因为输出的放大信号，在固定激励的情况下，仍然有两个变量和影响其输出范围，而在式-（5）中，如果让R=100，则可以避免了以上两个变化值的影响，从而统一了二次调理后的输出FSO，将其固定为3.012A(V)，这就是我们所需的互换性特点的实现。
如果实际应用中，我们调整使用了不是100kohm的反馈电阻的话，会出现什么情况？我们通过以下的数据进行比较即可获悉。
例如，当时，满量程时各个传感器之间有差异，Si分别为40mV和90mV时，其差分放大输出的信号随反馈电阻R的变化如下表所示：
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R(kohm) |
So(Si =40mV) |
So(Si=90mV) |
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50 |
1.706V |
1.686V |
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75 |
2.269V |
2.281V |
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100 |
3.012V |
3.012V |
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200 |
5.984V |
5.934V |
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500 |
14.900V |
14.700V |
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从上表可以简单看出，当我们将外部反馈电阻变化时，相当于调整差分放大的一级增益，从而影响了差分信号放大之后的一致性，失去了互换性。
当然，不是非得使用100kohm作为反馈阻值。如果我们在使用过程中，可以注意到这点，而且产品投入使用之前进行二次标定，比如ADC之后进行数字处理等，当然可以避免这些问题。另外，如果变化了反馈阻值，输出值的变化范围仍然是可以预估的。具体的阻值采用，还是由我们的实际应用的便捷性（比如现场更换器件）和成本控制等方面决定。
§ 后记
安费诺传感器旗下有多个全球品牌引领压力传感器的研发、生产和应用。压力产品涵盖从低压（0.25）到高压（862MPa），压力测量原理从硅压阻，到玻璃微熔，以及石英压电等，各个系列的压力产品广泛应用在医疗、工业，汽车，工程机械，新能源/氢能源等行业。小小乾坤，大有文章。
在我们的公司网站提供免费的【测试软件】下载，可以方便转换压力单位。
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[参考文献]
