压力传感器温度补偿技术
压阻式压力传感器硅二极管的负温度补偿
压阻式压力传感器硅二极管的负温度补偿一、引言压阻式压力传感器是一种广泛应用于工业自动化控制和生产过程监测中的传感器。
它通过测量压力对电阻值的影响来实现对压力的测量。
而硅二极管则是一种常见的半导体元件，具有负温度系数特性。
本文将介绍压阻式压力传感器和硅二极管的负温度补偿技术。
二、压阻式压力传感器1. 工作原理压阻式压力传感器采用了电阻应变原理，即当外界施加一个载荷（如压力）时，导致材料发生形变，从而改变电阻值。
这种电阻值与载荷间的关系称为灵敏度，通常用单位载荷下电阻值的变化率表示。
2. 结构和分类根据结构不同，可以将压阻式传感器分为片式、箔式和薄膜式三类。
其中片式传感器结构简单、价格低廉，但灵敏度较低；箔式传感器适用于高精度测量场合；薄膜式传感器具有良好的弹性和稳定性。
3. 应用领域压阻式压力传感器广泛应用于工业自动化控制、汽车制造、航空航天等领域。
例如，在汽车生产中，压阻式传感器可以用于测量轮胎的气压，以确保行驶安全。
三、硅二极管的负温度补偿技术1. 负温度系数特性硅二极管具有负温度系数特性，即在一定温度范围内，其电阻值随着温度升高而下降。
这是由于在高温下，载流子的浓度增加，从而导致电阻值的下降。
2. 负温度补偿原理在使用压阻式传感器进行测量时，由于环境温度的变化会影响电阻值的大小，从而影响测量结果的准确性。
因此需要对环境温度进行补偿。
这里介绍一种利用硅二极管负温度系数特性进行补偿的方法。
将一个硅二极管串联到传感器电路中，在常温下，二极管处于截止状态，不起作用；当环境温度升高时，二极管的电阻值下降，从而产生一个与环境温度相关的电压信号，通过运算放大器进行放大并反向补偿到传感器电路中，从而抵消环境温度对测量结果的影响。
3. 实现方法在实现硅二极管负温度补偿技术时，需要注意以下几点：（1）选择合适的硅二极管：应选用具有较高负温度系数、稳定性好、漏电流小等性能优良的硅二极管。
（2）确定合适的工作点：应根据硅二极管的特性曲线确定合适的工作点，以保证补偿效果最佳。
压力传感器温度漂移补偿的电路设计
压力传感器温度漂移补偿的电路设计提纲：1. 压力传感器温度漂移原因以及补偿方法2. 压力传感器温度漂移补偿电路设计原理3. 压力传感器温度漂移补偿电路设计流程及具体方法4. 压力传感器温度漂移补偿电路设计中的参数选择与优化5. 压力传感器温度漂移补偿电路设计实验分析1. 压力传感器温度漂移原因以及补偿方法压力传感器温度漂移是由于传感器芯片内部的温度变化导致的电学参数变化，从而影响传感器的输出精度。
通常，压力传感器的静态输出误差会随着环境温度的变化而变化，这是由于传感器中电路元器件和传感器本身特性随温度变化引起的。
针对这个问题，可以采用温度补偿技术实现传感器输出的稳定。
其中，温度补偿方法主要包括零点补偿和灵敏度补偿两种。
2. 压力传感器温度漂移补偿电路设计原理压力传感器温度漂移补偿电路设计的原理就是通过对传感器信号进行处理，利用基准电压和检测到的电信号之间的差异实现漂移调整。
其具体原理是将传感器测量信号与基准电压进行比较，并对比较结果进行补偿，从而达到降低温度影响，提高传感器输出稳定性的目的。
3. 压力传感器温度漂移补偿电路设计流程及具体方法压力传感器温度漂移补偿电路的设计流程主要包括系统分析、电路分析、参数选择、电路综合和测试等步骤。
在具体方法方面，可以采用基于模拟电路的温度补偿电路设计方案，也可以采用基于数字信号处理的技术实现补偿处理。
4. 压力传感器温度漂移补偿电路设计中的参数选择与优化在压力传感器温度漂移补偿电路设计的过程中需要对电路中关键参数进行优化选择。
这些关键参数包括放大器增益、滤波器频率、校准电阻等。
在选择这些参数时需要考虑系统要求、可行性和成本等因素，从而根据需求进行系统参数的优化设计。
5. 压力传感器温度漂移补偿电路设计实验分析压力传感器温度漂移补偿电路设计实验较多，可以通过实验对设计的电路进行验证，获取补偿电路的性能参数，如响应速度、精度和准确性等。
同时，也可以通过实验分析不同参数对补偿效果的影响，以便进一步优化设计。
硅压阻式压力传感器温度补偿建模与算法研究
硅压阻式压力传感器温度补偿建模与算法研究孙凤玲,于海超,王金文,方建雷,杨永刚(中国电子科技集团公司第四十九研究所,哈尔滨 150001)摘要:微电子技术的发展促进了硅传感器的加工工艺水平的提高,使硅传感器获得良好的一致性、稳定性和可靠性,而半导体的温度特性使硅压力传感器的零点和灵敏度随温度而发生漂移。
针对硅压阻式压力传感器这一“弱点”,介绍一种基于压力芯片的惠斯顿电桥建立外接电阻补偿网络的数学模型,利用MatLab优化工具箱提供的优化方法构建算法对补偿电阻求解,实现对温度漂移的补偿。
该方法更有助于基于硅压阻式压力芯片的O型产品的大规模量产。
关键词:硅压阻式压力传感器;漂移;中图分类号:TP212.1 文献标识码:A:(2007)07/0820048203Study on Modeling and Arithmetic for T emperatureCompensation of Si Piezoresistive SensorSUN Feng2ling,YU Hai2chao,WAN G Jin2wen,FAN G Jian2lei,YAN G Y ong2gang(T he49th Research I nstit ute,C E T C,Harbin150001,Chi na)Abstract:The developing of microelect ronic technique imp roves p rocessing technic of Si sensor, t he sensor p rovids excellent uniformization,stabilization,reliability,and so on.The temperat ure property of semico nductor makes zero and sensitivity of Si piezoresistive sensor drifts with tempera2 t ure.Aimming at t he weakness,mat hematic model based on external resistance compensation net2 work for Wheat stone bridge of p ressure chip was int roduced.Solution procedure of compensating resistance was achieved using MatLab’s optimizer.The met hod p romotes manufact ure of O EM production based on Si piezoresistive sensor chip s.K ey w ords:Si piezoresistive sensor;drift;wheat stone bridge;compensation;optimize1 引 言微电子技术的成熟给硅压力传感器的加工工艺提供了平台,提高了压力传感器芯片的制作水平,为大批量生产提供了技术保障,获得了更高的性能价格比。
压力传感器零点温漂的两种补偿方法比较
压力传感器零点温漂的两种补偿方法比较吴峰【摘要】压阻式压力传感器在实际应用中普遍存在零位偏离和零位温度漂移现象，这就降低了传感器的测量精度，因此需采取适当的补偿方法对这两种现象产生的误差进行修正，从而提高测量精度。
文中分别通过电桥臂一串一并的硬件补偿方法及基于规范化多项式拟合算法的软件补偿方法同时实现平衡零位与补偿零位漂移。
由模型推导分析及实验最终得出，通过规范化多项式计算方法拟合出的数据精度较高，补偿效果好于一串一并的硬件补偿方法。
%Zero drift and zero temperaturedrift generally exist in practical application of piezoresistive pressure sen-sors,which leads to loss of measuring accuracy ofsensors.Therefore,appropriate compensation method needs to be adopt-ed for error correction,thus improving measuring accuracy.The paper provides two methods to achieve null balance and compensate zero drift simultaneously,the hardware method of bridge arm in series and parallel and the software method based on normalized polynomial fitting algorithm.According to model analysis and deduction as well as experiments,statis-tics obtained through normalized polynomial fitting algorithm shows higher accuracy and better compensation effect than the hardware compensation method of bridge arm in series and parallel.【期刊名称】《通信电源技术》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】3页(P45-47)【关键词】压力传感器;温漂补偿;多项式拟合【作者】吴峰【作者单位】中煤科工集团上海研究院，上海 201400【正文语种】中文【中图分类】TP212压阻式压力传感器以其灵敏度高、动态响应好、性能可靠、精度高、功耗低、易于微型化与集成化等优点被广泛应用于工业生产的各个领域，其误差也直接影响到测控设备的性能。
IC 压力传感器的温度补偿
在 IC 的传感器设计中，一个矩形膜片状的机械 弹性元件将压力转换成应力。为了能做出这样的膜片 （见图 1a）采用一种选拔的各向异性刻蚀工艺在一块 硅晶片上同时做出大量的膜片。
为了使敏感元件免受封装应力的影响，用一层硼 硅酸玻璃隔离层附于膜片层上。如果在此隔离层上刻 蚀一个孔，膜片即可直接感受到输入压强的差压 P1-P2，其中 P2 作用在膜片与隔离层的封接处。
满量程温度补偿
最简单的满量程温度补偿的办法是采用特殊的 晶片工艺以及恒流源激励，在这种方式下输出幅度 的变化是压力灵敏度与电桥电阻温度系数的叠加。 因为这些系数极性不同，若使它们幅度相等，则可 使输出幅度在内部自补偿。这种自补偿的处理限制 了低端温度补偿的范围，这是由于电桥电阻在低温 下的非线性造成的。
图 2. 零位与滿量程的温度关系曲线
压力灵敏度是指电压激励型标准化输出幅度， 表示为 mV（幅度）每 V（电桥电压）每 PSI（所加压 强）。它与供电方式（电压源或电流源）或压强范围 无关。该灵敏度表现为负温度斜度，即随温度增长 而减少。
幅度被定义为由满压到低压引起的电桥输出电
压的变化。幅度随温度的变化是激励模式的一种功
偏移补偿包括图 4 中的电阻 R3 和 R4。如果偏 移是正的（引脚 4 的+O 电位比引脚 10 的-O 电位 高），则加入电阻 R4 使偏移归零，而电阻 R3 必须短 接，当偏移为负时，则情况相反，在恒流源方式 下，这些电阻并不改变零点的温度系数。（图 10）。
图 4. 偏移补偿
图 3. 电桥电阻与压力灵敏度的温度关系曲线
通过在膜片的两面各生成一层薄的二氧化 硅层，可实现扩散电阻间的电气绝缘（钝化）并 保护导电膜片免于与输入介质接触。
IC sensors 公司提供多种封装形式用于传感 器安装和引压，HIT 和 TO-8 的产品可以安装在印 刷电路板上，其介质为干燥的非腐蚀性气体，ISO 型产品可以通过 O 形环安装，当介质为液体和腐 蚀性气体时，焊接和标准过程接口及介质兼容表 请参照各表。
stm32压力传感器补偿算法
一、概述STM32压力传感器在工业控制、汽车电子和医疗设备等领域有着广泛的应用。
但是由于环境温度、供电电压等因素的变化，传感器的输出信号常常会受到影响，导致测量结果不准确。
对于压力传感器的数据进行补偿处理，是保证其性能稳定和输出准确的关键之一。
二、压力传感器的工作原理1. 压力传感器是一种能够将压力信号转换成电信号输出的传感器，其工作原理主要基于应变规。
当被测压力作用在传感器敏感元件上时，敏感元件产生应变，从而改变元件的电阻值，最终转换成电压信号输出。
2. 传感器的输出信号受到环境温度、供电电压等因素的影响，可能导致输出值的漂移和误差，因此需要通过算法进行补偿处理，提高传感器的准确度和稳定性。
三、压力传感器的补偿算法1. 温度补偿为了消除温度对传感器输出信号的影响，需要进行温度补偿处理。
具体的算法如下：- 采集环境温度数据，并与预先设定的标定温度数据进行比较；- 根据温度变化的规律，建立对应的补偿模型；- 将温度补偿模型应用到传感器的输出信号中，实现温度补偿处理。
2. 零点漂移补偿传感器输出信号在长时间使用后，可能会出现零点漂移，导致测量误差。
需要对传感器的零点偏移进行补偿处理。
具体的算法如下：- 通过特定的校准过程，获取传感器的零点偏移数据；- 记录零点偏移数据，并建立对应的补偿模型；- 将零点漂移补偿模型应用到传感器的输出信号中，实现零点漂移补偿处理。
四、应用案例以工业控制领域为例，我们可以将STM32压力传感器补偿算法应用到液压系统的控制中。
通过温度补偿和零点漂移补偿处理，可以提高液压系统的稳定性和准确度，从而保证工业设备的正常运行。
五、总结在STM32压力传感器的应用中，补偿算法是保证其性能稳定和输出准确的关键之一。
通过对环境温度、供电电压等因素的补偿处理，可以提高传感器的准确度和稳定性，从而满足不同领域的需求。
希望本文对读者在压力传感器的补偿算法方面有所帮助。
六、压力传感器的数据滤波处理传感器的输出信号受噪声干扰，可能会引起输出信号的波动或者干扰，因此需要对传感器的输出信号进行滤波处理。
温度补偿作用
温度补偿作用温度补偿作用是指在各种物理和化学过程中，由于温度的变化而引起的各种影响和调节机制。
温度对于许多物理和化学过程都有着重要的影响，因此在实际应用中，需要对温度进行补偿，以保证系统的正常运行和测量的准确性。
温度补偿在很多领域都有着广泛的应用，比如电子设备、传感器、自动控制系统等。
在这些领域中，温度的变化会直接影响到设备的性能和测量的准确性。
因此，通过温度补偿可以有效地消除温度变化对系统的影响，保证系统的稳定性和准确性。
在电子设备中，温度补偿起着至关重要的作用。
由于电子元器件的特性与温度密切相关，温度的变化会导致电子元器件的性能发生变化。
例如，晶体管的增益、电阻器的阻值、电容器的电容等参数都会随温度的变化而发生变化。
为了保证电子设备的性能稳定，需要对温度进行补偿。
这可以通过在电路设计中引入温度传感器，并根据传感器的输出信号对电路进行补偿来实现。
在传感器领域，温度补偿也是非常重要的。
许多传感器的灵敏度和输出信号都会受到温度的影响。
例如，在压力传感器中，温度的变化会导致传感器的灵敏度发生变化，从而影响测量的准确性。
通过在传感器中加入温度传感器，并将温度信号与压力信号进行补偿，可以消除温度对测量结果的影响，提高测量的准确性。
在自动控制系统中，温度补偿也是必不可少的。
温度的变化会导致控制系统的工作点发生偏移，从而影响系统的稳定性和控制精度。
通过在控制系统中引入温度传感器，并根据传感器的输出信号对控制器进行补偿，可以使系统能够自动调节工作点，保持系统的稳定性和控制精度。
温度补偿作用在各个领域都有着重要的应用。
通过对温度的补偿，可以消除温度变化对系统的影响，保证系统的正常运行和测量的准确性。
在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的温度补偿方法，并进行相应的设计和调试，以实现系统的稳定性和准确性。
温度补偿作用的研究和应用，对于提高设备性能和测量精度，具有重要的意义。
压力表温度补偿原理
压力表温度补偿原理1. 引言1.1 压力表的作用压力表可以分为不同类型，包括机械压力表、电子压力表等，其原理和结构各有不同，但其基本作用都是用来测量介质的压力。
通过压力表可以直观地显示压力数值，帮助工程师和技术人员进行准确的控制和调整，从而提高生产效率和质量。
压力表在工业生产中具有重要作用，它不仅帮助监测介质的压力变化，提高生产效率，还可以在紧急情况下帮助工程师及时发现压力异常，避免事故发生，保障生产安全。
压力表的作用在工业生产中不可或缺，是一种非常重要的仪器仪表。
1.2 温度对压力测量的影响温度是影响压力测量准确性的一个重要因素。
在实际应用中，大部分压力表都会受到温度的影响，从而导致测量结果的误差。
主要有以下几点原因导致了温度对压力测量的影响：1. 温度对压力传感器的影响：压力传感器一般是根据某种物理特性（比如电阻、电容等）与压力之间的关系来进行测量的。
这些物理特性往往会随温度的变化而发生变化，导致传感器的灵敏度、稳定性等参数发生变化，影响压力测量的准确性。
2. 温度对密封件的影响：压力表中的密封件在不同温度下的物理性质也会发生变化，比如导致密封件变硬、变软等情况，从而影响压力表的密封性能，使得压力测量结果出现偏差。
温度对于压力测量的影响不可忽视，为了提高测量的准确性，需要进行温度补偿，即根据温度变化修正测量结果，以确保压力测量的准确性和稳定性。
2. 正文2.1 压力表温度补偿原理压力表温度补偿原理是指在测量压力时，考虑到温度对压力测量的影响，并通过一系列的方法来进行补偿，以确保测量结果的准确性和稳定性。
压力表温度补偿原理基于理想气体状态方程，即PV=nRT。
在一定条件下，温度会对气体的压力产生影响，而传统的压力表在不考虑温度影响的情况下，可能出现测量误差。
压力表温度补偿原理主要通过传感器的温度补偿技术、电气补偿方法和气体温度补偿方法来实现。
传感器的温度补偿技术可以通过传感器内部的温度传感器来监测环境温度，并根据温度变化进行相应的校正；电气补偿方法则通过电路设计中加入温度补偿功能来实现；而气体温度补偿方法则是在测量时考虑气体的热胀冷缩特性，对测量结果进行修正。
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压力传感器温度补偿技术压力传感器温度补偿技术
摘要压力传感器是一种较为常用的传感器件，由于自身的非线性特点以及外界因素的影响，传感器的输出结果容易产生误差，其中温度的影响最大，因此，对传感器的温度补偿就显得尤为重要。
文章对目前常用的温度补偿方法进行了分析，在此基础上，提出了一种新的温度补偿方法，并对BP神经网络进行了改进，从研究结果来看，该方法有效提高了传感器的稳定性及精度。
关键词压力传感器;温度漂移;温度补偿
压力传感器的输出结果精度容易受到多种因素的影响，其中，唯独是影响传感器输出精度的最主要因素。
目前，国内经常使用硬件补偿和软件补偿两类方法对压力传感器进行温度补偿。
硬件补偿方法调试难度较高、精度低、通用性也较差，在实际工程中应用时，难以去得较好的效果;而软件补偿方法有效弥补了硬件补偿的缺点，其中BP神经网络补偿在实际工程中运用十分广泛，但是典型BP神经网络补偿法虽然精确度高，但是整个流程过于复杂、整个过程耗时较长，因此，本文提出了一种基于主成分分析的BP神经网络补偿方法，希望对提高补偿效率和准确性起到一定的.作用。
1 典型BP神经网络补偿原理分析
BP神经网络是目前研究中应用范围最广的神经网络模型之一，BP神经网络术语单向传输网络结构，整个信息传输的过程呈现出高度的非线性特点。
典型的BP神经网络结构包括输入层、隐含层和输出层3层结构。
通常情况下BP神经网络只有这3层结构，这主要是由于单隐层的BP神经网络既可以完成从任意n维到m 维的映射。
其典型结构如下图所示。
BP神经网络结构模型
BP算法设计到了信息的正向传播以及误差的反向传播，信息首先从输入层传入，然后经过隐含层的处理传入输出层，最终输出的信息可以用下面的形式进行表示：
其中：、分别代表了隐含层及输出层的权值;
n0、n1分别对应了输入节点数及隐含层节点数。
输出层神经元的激励函数f1通常呈现出线性特点;而隐含层神经元的激励函数f2通常采用如下所示的形式在(0，1)的S型函数中进行输出：
由于BP神经网络隐含层采用的传递函数为对数S型曲线，其输出范围在(0，1)之间。
为了避免节点在短时间之内饱和而无法继续进行训练，需要在训练开始之前利用下面公式对样本数据进行预处理：
其中：Ui、Pi均为训练数据的标定值;Uimin、Uimax分别表示输出电压的标定极值(最小和最大);Pimin、Pimax分别表示压力的标定极值(最小和最大)。
当目标矢量为T，信息通过正向传递，可以得到误差函数，具体如下所示：
如果输出结果无法达到要求的误差范围，则返回误差信号并按照一定的权值对公式中的各层权值进行修正，直到输出结果达到期望值。
在利用典型BP神经网络进行压力传感器温度补偿的过程中，算法过于复杂，而且非常耗时，因此，需要对其进行改进，以提高补偿效率。
2 BP神经网络法的改进
2.1 改进原理
基于典型的BP神经网络，利用以下方法进行改进。
1)利用小波神经网络的思想对神经元的激励函数进行改进，从而实现小波特性与BP神经网络自学功能的充分结合，提高激励函数的逼近能力。
以Morlet函数作为小波函数的母函数，可以降低不同层面神经元之间的影响，提高网络的收敛速度。
以Morlet函数作母函数的小波函数属于幅值小波，其信号中包含了复值和相关信息，改进后的函数具体如下所示：
在本次研究中，我们选取了R个输入样本和N个输出节点，则可以利用下面的公式对第l个样本的第n个节点的输入进行表示：
其中：K表示神经网络隐含层的单元数量;M表示神经网络输入层的单元数量;ωn，k表示神经网络隐含层第k单元与输出层第n单元的连接权值;ak-小波伸缩因子;bk-平移因子;Sl(xm)―输入信号。
2)在计算过程中通过，附加动量法的应用可以有效改实现梯度方向的平滑过渡，使得计算结果更具稳定性。
该方法以BP法为基础对权值进行调节，具体公式如下：
其中：t表示样本的训练次数;η表示学习速率;σ表示动量因
子;σΔωki(t)表示附加动量项，它能够有效降低不同神经元之间的影响，提高网络的收敛速度。
2.2 主成分BP神经网络算法的实现
步骤1：按照典型BP神经网络数据预处理方法对样本数据进行预处理。
步骤2：利用主成分分析法对预处理后的样本数据进行分析，降低输入向量之间的影响，使各个输入变量的协同方差趋于统一，从而使各权值具有相同的收敛速度，并以此确定神经网络的输入节点。
步骤3：对神经网络进行初始化，并对其中的部分关键变量进行设置。
步骤4：为神经网络选取一组学习样本，以输入节点作为网络的输入向量，并输入期望fn，l，n=1，2，…，N;l=1，2，…，R。
步骤5：利用输入的网络参数计算网络的实时输出能力，当输出误差在允许范围之内时，停止训练;而当输出误差超过允许范围，则将误差信息进行反向传播，使权值沿误差函数的负梯度方向发生变化，然后利用梯度下降法计算出变化后的网络参数，然后再重复进行第4步的操作。
步骤6：BP神经网络在训练合格之后，对其进行样本补偿。
步骤7：对补偿后的样本进行反标准化处理，然后与实测数据进行误差比较，判断出网络改进之后的变化。
2.3 压力传感器温度补偿
根据前文提供的BP神经网络算法实现步骤，可以利用Matlab编程语言来实现。
在实现该算法之后，我们通过在压力传感器量程范围内确定n个压力标定点，同时确定m个温度标定点。
标准值发生器会根据每个标定点的信息产生对应的标定输入值。
然后输入样本数据，样本数据按照目标值要求的±20%范围进行选择，然后以误差目标小于10-3进行训练，当达到误差目标之后，网络的收敛速度得到有效的提升。
3 结论
通过研究结果发现，利用主成分分析法对信息进行补偿之后，再利用BP 神经网络对这些信息进行训练，其学习速度相对直接利用BP神经网络进行训练更高。
同时，通过改进典型的BP神经网络，利用小波函数作为激励函数，并应用动量附加发对网络敏感性进行控制，可以有效避免网络发生局部极小问题。
通过基于主成分的BP神经网络温度补偿方法可以使压力传感器受环境温度变化而发生的误差问题得到高效、精确的解决。
参考文献
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[2]章慧.基于BP神经网络的压力传感器数据融合[J].湖南工程学院学报，2011，21(1)：55-58.。