壓阻式壓力傳感器溫度補(bǔ)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(dòng)力機(jī)械層面、生物醫(yī)學(xué)、天氣勘測(cè)等各個(gè)領(lǐng)域上，對(duì)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(gè)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(guò)程中由于溫度的變化而產(chǎn)生的誤差進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析，并介紹了幾種溫度補(bǔ)償方法來(lái)提高壓阻式壓力傳感器的精度，最后簡(jiǎn)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(bǔ)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(shí)，它的電阻率就會(huì)發(fā)生變化，然后通過(guò)集成電路技術(shù)就可以得到壓力和電信號(hào)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(guò)程中，經(jīng)常會(huì)受到溫度的影響，這就需要溫度補(bǔ)償技術(shù)來(lái)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(duì)溫度補(bǔ)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(huì)對(duì)壓阻式壓力傳感器在工作的過(guò)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(huì)影響傳感器整體的工作過(guò)程，而最容易變化的外界環(huán)境因素就是溫度，在工作的過(guò)程中壓阻式壓力傳感器的自身溫度也會(huì)不斷升高，所以在工作的過(guò)程中經(jīng)常會(huì)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(lái)完成工作的，又因?yàn)闇囟鹊母淖儠?huì)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(shí)際的工作過(guò)程中經(jīng)常產(chǎn)生的兩種誤差，一個(gè)是零點(diǎn)溫度誤差，再有一個(gè)就是精度溫度誤差。

1、零點(diǎn)溫度誤差

零點(diǎn)溫度誤差，顧名思義，就是在壓阻式壓力傳感器工作的過(guò)程當(dāng)中傳感器的零點(diǎn)受溫度影響而產(chǎn)生的零點(diǎn)偏移，理論上的零點(diǎn)即傳感器上刻度的零點(diǎn)和實(shí)際的偏移零點(diǎn)不符，導(dǎo)致在傳感器工作時(shí)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(huì)產(chǎn)生電信號(hào)的改變，從單晶硅上傳遞出的電信號(hào)也會(huì)發(fā)生改變，所以在初始位置的刻度會(huì)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(duì)齊，如果在使用前沒(méi)有校正的話，就會(huì)對(duì)工作數(shù)值產(chǎn)生一個(gè)無(wú)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(duì)傳感器的精度也會(huì)產(chǎn)生影響，這種影響比零點(diǎn)溫度誤差更為難控制，因?yàn)橥饨绛h(huán)境在時(shí)時(shí)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(huì)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(bǔ)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(guò)程中需要控制周圍溫度，來(lái)保持壓阻式壓力傳感器的正常工作，通過(guò)溫度補(bǔ)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(bǔ)償方法和軟件溫度補(bǔ)償方法。

1、硬件溫度補(bǔ)償方法

硬件溫度補(bǔ)償方法，即使用一些傳感器之外的一些元件，來(lái)控制溫度對(duì)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(gè)熱敏電阻來(lái)控制壓阻式壓力傳感器的電阻，使電阻在工作過(guò)程中能夠保持正常的工作狀態(tài)，來(lái)保證傳出來(lái)的電信號(hào)是穩(wěn)定的。根據(jù)溫度的改變來(lái)算出在實(shí)際的工作過(guò)程中電阻究竟和標(biāo)準(zhǔn)電阻值偏離了多少來(lái)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(lái)選擇串并聯(lián)的電阻。硬件溫度補(bǔ)償方法比較簡(jiǎn)單，而且便于操作。

2、軟件溫度補(bǔ)償方法

顧名思義，軟件補(bǔ)償方法是利用計(jì)算機(jī)的幫助，將傳給出來(lái)的電信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)信號(hào)來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控溫度對(duì)壓阻式壓力傳感器工作過(guò)程的影響，并且根據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)值來(lái)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(bǔ)償方法主要有三種，第一種是通過(guò)電信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，利用計(jì)算機(jī)來(lái)對(duì)傳感器工作的全過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，并做出溫度補(bǔ)償;第二種是利用溫度傳感器對(duì)壓阻式壓力傳感器進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)溫度傳感器上反映出的信號(hào)來(lái)進(jìn)行溫度補(bǔ)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(lái)完成溫度補(bǔ)償。軟件溫度補(bǔ)償方法完美的實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控傳感器工作的全過(guò)程和補(bǔ)償溫度對(duì)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(duì)我國(guó)各行各業(yè)的發(fā)展有著重要的作用。

三、硬件溫度補(bǔ)償方法和軟件溫度補(bǔ)償方法的比較

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

首先，硬件溫度補(bǔ)償方法具有著操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，在臨時(shí)補(bǔ)救時(shí)有著很重要的作用，但是由于壓阻式壓力傳感器的零點(diǎn)偏移和精度偏移差異較大，所以調(diào)試過(guò)程復(fù)雜，而且對(duì)實(shí)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(bǔ)償方法有三種，第一種是利用計(jì)算機(jī)來(lái)監(jiān)控，通過(guò)電信號(hào)轉(zhuǎn)化成的數(shù)字信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種方法完成的溫度補(bǔ)償?shù)木仁亲罡叩模沁@種補(bǔ)償方法受很多因素影響，比如，計(jì)算機(jī)不易攜帶等因素;第二種是利用溫度傳感器來(lái)監(jiān)控壓阻式壓力傳感器的工作過(guò)程來(lái)完成溫度補(bǔ)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(guò)程比較復(fù)雜，而且會(huì)浪費(fèi)較多的時(shí)間;第三種是利用數(shù)字芯片來(lái)實(shí)行溫度補(bǔ)償，這種方法的優(yōu)點(diǎn)很多，精度高、成本較低和使用簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)使這種方法廣泛應(yīng)用在各行各業(yè)中。通過(guò)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(lái)完成壓阻式壓力傳感器的溫度補(bǔ)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(duì)更精確、更節(jié)約的溫度補(bǔ)償方法進(jìn)行探究。本文首先對(duì)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(diǎn)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(jiǎn)要介紹了壓阻式壓力傳感器溫度補(bǔ)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(diǎn)的比較，并且提出了數(shù)字芯片溫度補(bǔ)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(jì)量科學(xué)研究院）