壓阻式壓力傳感器溫度補償技術(shù)的研究及應(yīng)用

陳卓

摘要：壓阻式壓力傳感器現(xiàn)如今廣泛的應(yīng)用在航空航海航空、石油化工、動力機械層面、生物醫(yī)學(xué)、天氣勘測等各個領(lǐng)域上，對于這些行業(yè)的發(fā)展具有著重要的意義。但是壓阻式壓力傳感器一個巨大的缺陷就是它受溫度的影響很明顯，而且溫度越低，壓阻式傳感器的精度就越難把握。本文根據(jù)現(xiàn)如今壓阻式壓力傳感器在使用的過程中由于溫度的變化而產(chǎn)生的誤差進(jìn)行了簡要的分析，并介紹了幾種溫度補償方法來提高壓阻式壓力傳感器的精度，最后簡要分析了每種方法的可適用性。

關(guān)鍵詞：壓阻式壓力傳感器;溫度補償;溫度誤差;應(yīng)用

壓阻式壓力傳感器是傳感器的一種，它主要是由單晶硅材料和集成電路構(gòu)成的，主要原理是利用單晶硅的壓阻效應(yīng)，這種材料在受到壓力的作用時，它的電阻率就會發(fā)生變化，然后通過集成電路技術(shù)就可以得到壓力和電信號的正比關(guān)系，進(jìn)而得到傳感器的工作信息。在傳感器工作的過程中，經(jīng)常會受到溫度的影響，這就需要溫度補償技術(shù)來控制溫度，以確保壓阻式壓力傳感器的穩(wěn)定工作。所以，現(xiàn)如今最應(yīng)該做的事就是對溫度補償技術(shù)的研究和創(chuàng)新，提高壓阻式壓力傳感器的工作效率。

一、壓阻式壓力傳感器由于溫度影響產(chǎn)生的誤差

溫度經(jīng)常會對壓阻式壓力傳感器在工作的過程產(chǎn)生較大的影響。由于壓阻式壓力傳感器的精度特別的高，外界環(huán)境稍有變化就會影響傳感器整體的工作過程，而最容易變化的外界環(huán)境因素就是溫度，在工作的過程中壓阻式壓力傳感器的自身溫度也會不斷升高，所以在工作的過程中經(jīng)常會產(chǎn)生溫度誤差。由于這種壓力傳感器是靠單晶硅受到壓力后產(chǎn)生電阻率的變化來完成工作的，又因為溫度的改變會導(dǎo)致導(dǎo)體的電阻發(fā)生改變，所以傳感器出現(xiàn)誤差。在實際的工作過程中經(jīng)常產(chǎn)生的兩種誤差，一個是零點溫度誤差，再有一個就是精度溫度誤差。

1、零點溫度誤差

零點溫度誤差，顧名思義，就是在壓阻式壓力傳感器工作的過程當(dāng)中傳感器的零點受溫度影響而產(chǎn)生的零點偏移，理論上的零點即傳感器上刻度的零點和實際的偏移零點不符，導(dǎo)致在傳感器工作時產(chǎn)生誤差。由于溫度的改變導(dǎo)致傳感器上單晶硅的電阻發(fā)生改變，根據(jù)歐姆定理，加在傳感器上的電壓不發(fā)生改變，電阻變化就會產(chǎn)生電信號的改變，從單晶硅上傳遞出的電信號也會發(fā)生改變，所以在初始位置的刻度會發(fā)生偏移，導(dǎo)致零刻度線與傳感器上指定的刻度線不能對齊，如果在使用前沒有校正的話，就會對工作數(shù)值產(chǎn)生一個無法改變的誤差。

2、精度溫度誤差

我們都知道，壓阻式壓力傳感器的靈敏度十分靈敏，如果溫度發(fā)生改變，對傳感器的精度也會產(chǎn)生影響，這種影響比零點溫度誤差更為難控制，因為外界環(huán)境在時時發(fā)生改變，而且隨著壓阻式壓力傳感器的工作的進(jìn)行它自身的溫度也會升高，產(chǎn)生精度溫度誤差也是不可避免的。同樣，精度溫度誤差也是由于溫度的改變而導(dǎo)致電阻的改變，從而使精度改變，造成了誤差。

二、壓阻式壓力傳感器的溫度補償方法

由于壓阻式壓力傳感器受溫度的影響較大，所以在傳感器工作的過程中需要控制周圍溫度，來保持壓阻式壓力傳感器的正常工作，通過溫度補償方法可以較好的控制周圍的和傳感器自身的溫度，或者是改變傳感器本身的一些性質(zhì)去改變溫度的影響。最常用的兩種方法有兩種：硬件溫度補償方法和軟件溫度補償方法。

1、硬件溫度補償方法

硬件溫度補償方法，即使用一些傳感器之外的一些元件，來控制溫度對壓阻式壓力傳感器的影響。最常用的方法就是在單晶硅材料的電路上串聯(lián)或并聯(lián)上一個熱敏電阻來控制壓阻式壓力傳感器的電阻，使電阻在工作過程中能夠保持正常的工作狀態(tài)，來保證傳出來的電信號是穩(wěn)定的。根據(jù)溫度的改變來算出在實際的工作過程中電阻究竟和標(biāo)準(zhǔn)電阻值偏離了多少來判斷需要串聯(lián)電阻還是并聯(lián)電阻，并且根據(jù)數(shù)值來選擇串并聯(lián)的電阻。硬件溫度補償方法比較簡單，而且便于操作。

2、軟件溫度補償方法

顧名思義，軟件補償方法是利用計算機的幫助，將傳給出來的電信號轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)信號來實時監(jiān)控溫度對壓阻式壓力傳感器工作過程的影響，并且根據(jù)監(jiān)控數(shù)值來進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，將溫度影響控制在最小，減小誤差，提高壓阻式傳感器的工作效率。

現(xiàn)如今軟件溫度補償方法主要有三種，第一種是通過電信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，利用計算機來對傳感器工作的全過程進(jìn)行監(jiān)控，并做出溫度補償;第二種是利用溫度傳感器對壓阻式壓力傳感器進(jìn)行檢測，通過溫度傳感器上反映出的信號來進(jìn)行溫度補償;第三種則是利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，使用專用的數(shù)字芯片來完成溫度補償。軟件溫度補償方法完美的實現(xiàn)了監(jiān)控傳感器工作的全過程和補償溫度對壓阻式壓力傳感器產(chǎn)生的影響，提高了壓阻式壓力傳感器的工作效率，對我國各行各業(yè)的發(fā)展有著重要的作用。

三、硬件溫度補償方法和軟件溫度補償方法的比較

在壓阻式壓力傳感器的溫度補償方法中最常用的兩種方法就是硬件溫度補償方法和軟件溫度補償方法，并且二者各有優(yōu)缺點，下面對兩種方法進(jìn)行比較。

首先，硬件溫度補償方法具有著操作簡單的優(yōu)點，在臨時補救時有著很重要的作用，但是由于壓阻式壓力傳感器的零點偏移和精度偏移差異較大，所以調(diào)試過程復(fù)雜，而且對實行人員的水平要求較高，所以此方法不利于應(yīng)用外大規(guī)模的傳感器的使用中去。軟件溫度補償方法有三種，第一種是利用計算機來監(jiān)控，通過電信號轉(zhuǎn)化成的數(shù)字信號來實現(xiàn)，這種方法完成的溫度補償?shù)木仁亲罡叩?，但是這種補償方法受很多因素影響，比如，計算機不易攜帶等因素;第二種是利用溫度傳感器來監(jiān)控壓阻式壓力傳感器的工作過程來完成溫度補償，這種方法可以適應(yīng)各種環(huán)境和條件，但是在連接電路的過程比較復(fù)雜，而且會浪費較多的時間;第三種是利用數(shù)字芯片來實行溫度補償，這種方法的優(yōu)點很多，精度高、成本較低和使用簡單等優(yōu)點使這種方法廣泛應(yīng)用在各行各業(yè)中。通過這幾種方法的比較，各行各業(yè)應(yīng)該大力投入使用數(shù)字芯片來完成壓阻式壓力傳感器的溫度補償。

總結(jié)

現(xiàn)如今壓阻式壓力傳感器廣泛應(yīng)用在各行各業(yè)，這就需要我們對更精確、更節(jié)約的溫度補償方法進(jìn)行探究。本文首先對壓阻式壓力傳感器產(chǎn)生的溫度誤差進(jìn)行了分析，即零點溫度誤差和精度溫度誤差，并且闡述了這兩種誤差產(chǎn)生的原因，隨后又簡要介紹了壓阻式壓力傳感器溫度補償?shù)膬煞N常用方法，介紹了兩中常用方法的操作原理和手段，最后將這兩種方法進(jìn)行了優(yōu)缺點的比較，并且提出了數(shù)字芯片溫度補償方法的優(yōu)越性，推薦廣泛使用。

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（作者單位：陜西省計量科學(xué)研究院）