摘要：
在工业测量中，压力的测量极为广泛，利用压力测量可以直接或间接测得很多物理参数，若对测量精度要求很高，需要用到压力传感器，目前在工业生产中用得最广的压力传感器是硅压阻式压力传感器，它通过感触压力的变化来改变其中的应变元件的电阻，从而使相应的电压变化。本文采用MPX2000 系列压力传感器设计低成本、高精度的发动机漏气测定仪。
关键词：
压力传感器、MPX2000系列、发动机漏气测定仪
发动机漏气测定仪的设计
一、设计目的
1、通过此次设计，了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和方法
2、能够通过传感器处理一些常见的问题，充分发挥传感器的作用
3、熟练了解并掌握一些常见的传感器，为以后的实践做好铺垫
二、设计内容
在发动机的诊断技术中，漏气压力作为诊断参数，是判断发动机有关故障的一种简便、迅速及精度较高的检测方法。所谓漏气压力，是指发动机在额定输出或最高空转转速时，经由定径量孔节制废气排量来测定的曲轴箱内的气体压力值。通过漏气压力值可计算出曲轴箱窜气流量，从而判断出发动机气缸副磨损状况。通常发动机漏气压力是一个很小的数值，在零到几KPa之间，而且波动迅速，检测十分困难，要求测量仪器分辨率和灵敏度较高，并且能锁定被测最大压力值。
因此本次课题的设计是设计一个仪表能够快速，高精度地体现出发动机的状态。该漏气测定仪由测试头、微压计以及传压软管组成,如图1所示。
图一发动机漏气仪组成
三、设计原理
（1）传感器的选择
漏气测定仪性能的好坏，最重要的一个因素是传感器的性能。本设计采用MPX系列X型横向压阻式硅压力传感器。它用一个X型压敏电阻代替传统硅压力传感器中由四个电阻形成惠斯登桥的方式，避免了由于惠斯登电桥的四个桥臂电阻不匹配而产生的误差，并且可大大简化进行校准和温度补偿的外围电路。该系列传感器分为四种类型: 基本型(无补偿型)、温度补偿与校准型、全信号调理型和高输入阻抗型。
MPX2000系列压力传感器是具有片内温度补偿和校准功能的，在该系列的芯片上除了一个X型压敏电阻应变计外，还有一个用于量程校准、零位偏差校准和温度补偿的电阻网络,该电阻网络经过激光修正,因而精度高、补偿
效果好、稳定性好、漂移小，很适合漏气压力的测量要求。
（2）电路的设计
漏气测定仪的主体部分是一个量程为0～10 KPa的电子微压计。根据漏气压力的测量要求，该微压计具有测量瞬时值和峰值的双重功能，并且可进行数据保持，其主要技术参数为:分辨率0101KPa ,线性度±1 %FS，灵敏度115mv/ KPa ,过载压力75KPa。它的基本原理是利用压力传感器将非电物理量“压力信号”转换为相应的电量“电压信号”，经过后续电路的放大、调理、A/ D 转换，驱动液晶显示器显示出被测压力值。本设计采用的传感器型号为MPX2010DP。由于该传感器具有片内温度补偿和校准功能，其温度补偿范围超过0～85摄氏度，满量程线性度达到±0.15%FS，其输出电压正比于传感器所受压力，所以无需外加补偿网络，而直接接入信号调理器，有效地简化了电路。信号调理器的主要功能是为传感器接口提供增益、零压力偏置以及将差模电压转换为单端电压，如图2所示。图中IC2C的正输入端有一1K电阻接至IC2D的14端，电位器VR1给IC2D缓冲器提供偏置电压，这一电压为零差模输入提供一直流输出，通过一级到一级的传递，在元件容差范围内，将会在输出形成零压力直流偏置电压，以满足A/ D转换器对输入电压的要求。
VR2 为外调零可变电阻。
图二信号调理器电路原理图
经过放大和转换的电压信号由模拟开关控制，分成两路，一路经电压跟随器输入到衰减器中，直接进入A/ D 转换；另一路则输入到峰值保持电路中。在测试中，由于发动机曲轴箱窜气量变化非常迅速，为了精确测出最大漏气压力，需要测得压力的峰值，以便使持续期短的信号在时间上扩展。如图3所示，设计中采用的是低漂移率反相型峰值保持电路。该电路的基本原理是利用二极管的单向导通和电容的充放电性。图中IC2 主要为存储电容提供充电电流。二极管D2与运放IC3等构成一个大的反馈回路，可以改善二极管的非线性以及清除不灵敏区,
并提高跟踪精度。开关S1 用来清除保持电压，采用CMOS模拟开关4066。
图三峰值保持电路
A/ D转换电路采用具有读数保持功能，高性能、低功耗的CMOS单片3位半A/ D转换器7116。它包含了7段数字译码器、显示驱动电路、底板频率产生器、参考电压和时钟，直接驱动3 - 1/ 2位的LCD显示被测压力值。
四、仪表特点
该仪器的整体设计较为简洁，装配简单，体积小，携带方便，非常适合在现场对发动机实现不解体检查。而微压计的设计过程中，无论是电路设计还是元器件的选择上都力求获得最好的性价比，使仪器在高精度的同时成本较低。采用触摸面板和液晶显示器等，使仪器操作简便、功耗低。实际使用证明，该漏气测定仪使用方便、性能稳定，特别是峰值保持电路的采用克服了以往使用指针式仪表在气流波动的时候无法准确读数的缺陷。
五、心得体会
通过这次课题的设计与研究，我深入了解了一些压力传感器的知识，通过研究压力传感器的原理以及一些应用电路的知识，我对集成运算放大器的原理及构造有了更深入的认识与了解。但与此同时，我还认识到自己还有许多地方的不足，还有待我去完善巩固。不过，通过这次课题的设计，促进了我思考问题和主动学习的能力，总而言之，是一次收获很大的经历。
