压力传感器的温度补偿
毕 业 论 文
课 题 名 称
压力传感器的温度补偿分析
分 院/专 业 机械工程学院/机电一体化技术
班 级 机电1051
学 号 1001043522
学 生 姓 名 兵
指导教师： 新春
2013年5月20日
毕业设计（论文）报告纸
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┊ 摘 要
压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器。
我们知道，晶体是各向异性的，非晶体是各向同性的。某些晶体介质，当沿着一定方向受到机械力作用发生变形时，就产生了极化效应；当机械力撤掉之后，又会重新回到不带电的状态，也就是受到压力的时候，某些晶体可能产生出电的效应，这就是所谓的极化效应。科学家就是根据这个效应研制出了压力传感器。
但是随着工作环境温度的不断变化，会导致体管参数发生变化，将会引起不稳定的静态工作点，电路的动态参数不稳定和温度漂移（包括零点漂移和灵敏度漂移）。最简单的方法就是保持工作环境温度的恒定，当然，这种要永远达不到的。所以本文就针对温度漂移问题展开分析。对于不同的压力传感器采用不同的温度补偿方法，使其达到预期的效果。
关键词：压力传感器、温度、补偿
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┊ Abstract
The pressure sensor is the most commonly used one kind of sensor in industrial practice, and we
usually use the pressure sensor is mainly made of the use of piezoelectric effect, the sensor also known
as piezoelectric sensor.
As we know, the crystal is anisotropic, non crystal is isotropic. Some crystal medium along a
certain direction, when subjected to mechanical stress deformation occurs, produces the polarization
effect; when the mechanical force is removed, will return to the uncharged state, when it is under
pressure, can produce electricity effect of some crystals, which is called polarization effect. The scientist
is developed according to the effect of pressure sensor.
But with the continuous change of the environmental temperature, will cause the body tube
parameter changes, will cause the static working point is not stable, dynamic parameters of the circuit
unstable and temperature drift (including zero drift and sensitivity drift). The simplest method is to
maintain a constant temperature working environment, of course, this requirement is never reach. So
this article aims at the problem of temperature drift analysis.
The temperature compensation method is different with different pressure sensors, to achieve the
desired effect.
Keywords: pressure sensor, temperature, compensation
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┊ 目 录
第1章 绪论 ............................................................................................................................................... 1
1.1本课题研究的目的和意义 .......................................................................................................... 1
1.2 压力传感器的发展概况 ............................................................................................................ 2
1.2.1 压力传感器的发展历程 ................................................................................................. 2
1.2.2 压力传感器国外研究现状 ............................................................................................. 3
1.2.3 压力传感器的发展趋势 ................................................................................................. 4
1.3 传感器的常用术语 .................................................................................................................... 4
1.4 传感器的技术特点及环境影响 ................................................................................................ 7
第2章 压力传感器的原理 ....................................................................................................................... 9
2.1 压力传感器的基本原理 ............................................................................................................ 9
2.1.1 半导体的压阻效应 ......................................................................................................... 9
2.1.2 压力传感器的原理及结构 ........................................................................................... 10
2.1.3 压力传感器的特性指标 ................................................................................................11
2.2压力传感器温度漂移产生的机理 ............................................................................................ 14
第3章 压力传感器的温度补偿 ............................................................................................................. 16
3.1 温度补偿的技术指标 ............................................................................................................... 16
3.2 补偿方式简介........................................................................................................................... 17
3.2.1部补偿 ............................................................................................................................. 17
3.2.2外部补偿 ......................................................................................................................... 17
第4章 总结 ............................................................................................................................................. 26
具有温度补偿的膜片型光纤光栅温度压力传感器
９８ 传感器与微系统（Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ） ２０１３年第３２卷第４期
ｔ＼ｐ、 、 设计与制造 ｝ 、．｝ ｝ ．
具有温度补偿的膜片型光纤光栅温度压力传感器
蔡安 ｒ，印新达 ，常晓东 ，江 山 （１．武汉邮电科学研究院研究生院，湖北武汉４３００７４； ２．武汉理工光科股份有限公司。湖北武汉４３０２２３）
摘要：阐述了具有温度补偿结构的膜片型光纤光栅温度压力传感器。传感器以弹性膜片为感压元件， 在压力作用下产生轴向位移来压缩压力敏感光栅以实现压力传感；通过结构温度补偿消除压力敏感光栅 的温度漂移，同时串入感温光栅进行实时修正并实现温度测量。对传感器的压力和温度特性进行了测量。 试验结果表明：压力灵敏度为５２８ ｐｍ／ＭＰａ，温度灵敏度为８ ｐｍ／￣Ｃ。 关键词：光纤光栅；压力传感器；弹性膜片；温度补偿 中图分类号：ＴＮ２５３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００－９７８７（２０１３）０４－００９８－０３
Ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ ｇｒａｔｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｎｓｏｒ
ｂａｓｅｄ ｏｎ ｄｉａｐｈｒａｇｍ ｗｉｔｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ
ＣＡＩ Ａｎ’ ，ＹＩＮ Ｘｉｎ—ｄａ。，ＣＨＡＮＧ Ｘｉａｏ．ｄｏｎｇ。，ＪＩＡＮＧ Ｓｈａｎ （１．Ｗｕｈａｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｏｓｔ ａｎｄ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，Ｗｕｈａｎ ４３００７４，Ｃｈｉｎａ； ２．ＷＵＴＯＳ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ Ｌｔｄ，Ｗｕｈａｎ ４３０２２３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ ｇｒａｔｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｎｓｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｄｉａｐｈｒａｇｍ ｗｉｔｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｉｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｅｌａｓｔｉｃ ｄｉａｐｈｒａｇｍ ａｃｔｓ ａｓ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ，ａｘｉａｌ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｏｃｃｕｒｓ ｕｎｄｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｃｏｍｐｒｅｓｓ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｇｒａｔｉｎｇ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｎｓｉｎｇ．Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｃｔｉｖｅ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｂｙ ａｄｄ ａｎｏｔｈｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｇｒａｔｉｎｇ ａｒｅ ａｄｏｐｔｅｄ ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ ｔｏ ｅｌｉｍｉｎａｔｅ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｒｒｏｒｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｇｒａｔｉｎｇ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｇｒａｔｉｎｇ ａｌｓｏ ｉｓ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｎｓｏｒ ａｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｉｓ ５２８ ｐｍ／ＭＰａ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｉｓ ８ ｐｎｄ￣Ｃ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ ｇｒａｔｉｎｇ；ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｎｓｏｒ；ｅｌａｓｔｉｃ ｄｉａｐｈｒａｇｍ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ
硅压阻式压力传感器温度补偿建模与算法研究
微纳电子技术 2007年第
7/8期 48 Mi
cronanoelectronicFechnology/July～August2007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OEM型产品的大规模量产。关键词:硅压阻式压力传感器;漂移;惠斯顿电桥;补偿;优化中图分类号:TP212.1 文献标识码:A 文章编号:167124776(2007)07/0820048203StudyonModelingandArithmeticforTemperatureCompensationofSiPiezoresistiveSensorSUNFeng2ling,YUHai2chao,WANGJin2wen,FANGJian2lei,YANGYong2gang(The49thResearchInstitute,CETC,Harbin150001,China)Abstract:ThedevelopingofmicroelectronictechniqueimprovesprocessingtechnicofSisensor,thesensorprovidsexcellentuniformization,stabilization,reliability,andsoon.ThetemperaturepropertyofsemiconductormakeszeroandsensitivityofSipiezoresistivesensordriftswithtempera2ture.Aimmingattheweakness,mathematicmodelbasedonexternalresistancecompensationnet2workforWheatstonebridgeofpressurechipwasintroduced.SolutionprocedureofcompensatingresistancewasachievedusingMatLab’soptimizer.ThemethodpromotesmanufactureofOEMproductionbasedonSipiezoresistivesensorchips.Keywords:Sipiezoresistivesensor;drift;wheatstonebridge;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。但半导体的温度特性又制约了压力传感器芯片在温度场中的测量精度,所以对硅压力传感器的温度特性的研究及寻求有效的补偿方案是批量化生产的关键。2 硅压力传感器的温度补偿硅传感器芯片的性能受温度的影响,主要表现为零点和灵敏度随温度变化而发生漂移。产生温度漂移的根本原因为:在工艺制作中,组成惠斯顿电桥的四个电阻的扩散电阻条的表面掺杂浓度和扩散电阻条宽度不可能完全一致,致使四个电阻的阻值不完全相等,温度系数不相等,导致当输入压力为零时,电桥输出不为零,同时该输出随温度的变化而发收稿日期:2007204225Micronanoele
压力传感器对温度的要求
用半导体芯片制备的压力传感器的特点是受温度的影响大，不仅存在热零点漂移还存在热灵敏度漂移。温度明显影响压力传感器的精度。为了消除温度的 影响，就需应用各种温度补偿技术。温度范围越宽，补偿技术难度越大，且校准工作量越大，所能保证的全温度范围的精度便越低。为此应根据压力传感器所应用的 实际温度范围和精度要求提出合理的要求。
一般将压力传感器的使用温度范围分为四类：
普通商业级，范围为- 10 - 60 ℃；工业级，范围为-25 - 80 ℃；军事级，范围为- 55 - 125 ℃；特殊级，范围为- 60 - 350 ℃。
压力传感器在室内应用时，可选择商业级；有室外应用时可选择工业级。也可以采取措施使传感器与环境热隔离或进行加热或冷却，选择普通商业级用在-
10 ℃以下或60 ℃以上的环境中。选择什么温度范围还应考虑传感器的电子学温度特性和机械温度特性。
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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 temperature
drift generally exist in practical application of piezoresistive pressure sen-sors,which leads to loss of measuring accuracy of
sensors.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
硅压阻式压力传感器的硬件温度补偿方法概述
龙源期刊网
硅压阻式压力传感器的硬件温度补偿方法概述
作者：王鑫
来源：《科学与信息化》2019年第19期
摘 要 基于压阻效应的硅压阻式压力传感器因其输出灵敏度高而广泛用于各种压力测试场合。但压阻效应受温度影响较大，传感器的设计中必须设计相应的温度补偿方法来弥补其不足。本文主要阐述一种基于电阻网络的硬件温度补偿方法，促进该方法在压阻传感器技术中的应用。
关键词 硅压阻；传感器；硬件温度补偿；电阻网络
压阻式压力传感器广泛应用于石油化工，医疗，航空航天等领域，得益于压阻效应，使得传感器具有灵敏度高，响应时间短，稳定性好等特点。但对于温度场变化的压力测试，必须进行合理的温度补偿，才能克服压阻效应受温度影响较大而导致测量压力值误差较大的弊端。因此，掌握压阻式压力传感器测压原理，针对性设计温度补偿电路至关重要。 龙源期刊网
1 压阻式压力传感器原理
压阻式压力传感器的感压膜片上分布了四个半导体压敏电阻，四个电阻构成惠斯通电桥。外界压力的变化导致桥路电阻的变化，通过对变化的阻值标定来测量压力。图1为压敏电阻组成的惠斯通桥路的壓力传感器电路模型。
压力膜片受力后阻值与应力变化关系如下：
式中，R为桥臂电阻阻值，π为压阻系数，E为弹性模量，l为长度，υ为泊松比，G为应变因子，ε为应变量。公式1中的G主要由πd额大小决定，即压阻系数的大小决定了电阻率的变化。
2 传感器硬件温度补偿方法
压阻式压力传感器的压敏电阻受温度影响较大，影响传感器的压力温度特性体现在传感器的零点温漂和灵敏度温漂。最常用的方法是将对应的惠斯通桥臂进行串并联电阻，通过调节桥臂电阻的阻值和桥臂电阻的温度系数，进行传感器温补[1-3]。
2.1 零点温度补偿方法
假设对桥臂1进行串接电阻，对桥臂2进行并接电阻，则取当前温度和Δt温度下零点温度应满足对臂电阻乘积相等的原则建立方程组如下：
基于FA-RBF神经网络的压力传感器的温度漂移补偿法
第３１卷 第７期 ２０１１年７月 物 理 实 验 ＰＨＹＳＩＣＳ ＥＸＰＥＲ１ＭＥＮＴＡＴＩｏＮ Ｖ０ｌＩ ３１ Ｎｏ．７ Ｊｕ１．２０１１
基于ＦＡ－ＲＢＦ神经网络的压力传感器的温度漂移补偿法
孙艳梅 ，刘树东 ，陶佰睿
（齐齐哈尔大学ａ．通信与电子Ｘ－程学院；ｂ．理学院，黑龙江齐齐哈尔１６１００１）
摘 要：针对温度对硅压阻式压力传感器输出的影响问题，提出基于因子分析和ＲＢＦ神经网络相结合的补偿方法． 利用因子分析实现对原始信息的筛选和降维；结合ＲＢＦ神经网络的非线性映射、自适应能力和强容错性对补偿过程进 行建模，减少网络的输入，利于简化网络结构，进而加快收敛，节省运行时问，提高网络的学习速率与泛化能力．研究结 果表明，该方法有效地抑制了温度对压力传感器的影响，提高传感器的稳定性和准确性． 关键词：温度补偿；因子分析；神经网络；传感器 中图分类号：ＴＰ２１２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００５—４６４２（２０１１）０７—００２１一Ｏ５
引 言
硅压阻式压力传感器在输入压力Ｐ数值不 变的情况下，当工作温度ｔ变化时将引起传感器 输出发生变化．为了消除非目标参量（温度）对传
感器输出特性的影响，可采用多种智能化技术ｌ＿１］，
本文结合因子分析（Ｆａｃｔｏｒ Ａｎａｌｙｓｉｓ，ＦＡ）和ＲＢＦ （Ｒａｄｉａｌ Ｂａｓｉｓ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）神经网络的优点，将这两
种方法相结合用于压力传感器的温度补偿，并就 补偿效果进行了分析和对比．
２ 因子分析
因子分析是从研究变量内部相关的依赖关系
出发，把一些具有错综复杂关系的变量归结为少
数几个综合因子的一种多变量统计分析方法．对 于所研究的问题试图用最少的不可测的所谓公共
因子的线性函数与特殊因子之和来描述原来观测 的每一分量＿２］．
２．１ 因子分析模型
一般地，设Ｐ个可观测变量（．２７ ，５２。，…， ）
与ｑ个公共因子（其中ｇ≤户）满足：
ｚ —ａｄｆ１＋ａ ２－厂２＋…十（２ｑ／’ｇ＋￡ ，ｉ一１，２，…，Ｐ． 此模型称为因子分析模型．若记： Ｘ＝＝ ０２７１
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。 压力表温度补偿原理是在压力测量中不可或缺的一环，能够提高测量的准确性和稳定性，确保所得数据的可靠性。在未来的发展中，压力表温度补偿原理的研究和应用将继续深入，为各行业的压力测量提供更加精准和可靠的技
压力传感器集成恒流源灵敏度温度系数补偿
压力传感器集成恒流源灵敏度温度系数补偿
郑蓓蓉;薛伟;周晨;张淼
【摘 要】针对超低量程微型压力传感器和表面微机械加工的多晶硅压力传感器在高精度测试时和宽温区使用时灵敏度温度系数补偿量大的特点,提出应用"集成恒流源网络"来补偿灵敏度温度系数的方法,推导了定量补偿的公式.灵敏度温度漂移补偿实验中,通过温度周期的调节标定,补偿后灵敏度温度系数绝对值容易达到10×10~(-6)/℃～50×10~(-5)/℃满量程输出,从而验证了该方法的可行性和实用性,表明用集成恒流源补偿压阻式压力传感器具有补偿量大、成本低、效果好、精度高、容易集成等优点,在器件制作中有很大的应用前景.
【期刊名称】《中国机械工程》
【年(卷),期】2010(021)007
【总页数】4页(P800-803)
【关键词】压力传感器;灵敏度温度系数;集成恒流源;补偿
【作 者】郑蓓蓉;薛伟;周晨;张淼
【作者单位】温州大学,温州,323035;温州大学,温州,323035;温州大学,温州,323035;温州大学,温州,323035
【正文语种】中 文
【中图分类】TP212.12
0 引言 微型传感器已成为MEMS器件的重要组成部分之一,目前具有实用价值并得到较广泛应用的是微机械力敏传感器,主要有压力传感器、加速度计、陀螺等,而其中应用最广的是压阻式压力传感器[1-2]。
压阻式压力传感器明显的缺点是对周围环境温度的敏感性过高,其温度漂移大是限制该类器件精度提高和应用范围扩大的主要因素之一。温度漂移是半导体压力传感器的关键指标[3],此类传感器的输出灵敏度是其静态特性中的一个重要指标,而灵敏度温度漂移的存在影响了其静态特性[4]。本文将“集成恒流源网络”用于超低量程微型压力传感器和表面微机械加工的多晶硅压力传感器的灵敏度温度漂移的高精度补偿。
1 压阻式压力传感器的灵敏度温度特性
压阻式压力传感器是利用硅的压阻效应而制作的半导体器件,硅材料受到外力作用,原子结构内部的电子能级状态发生变化,导致电阻率剧烈地变化,由硅制成的电阻也就出现巨大变化[5]。硅的电阻变化的灵敏度系数(G因子)为
电容式压力传感器的线性化校正与温度补偿
２０１０焦 第１１期 仪表技术与传感器 Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ Ｓｅｎｓｏｒ ２０１０ Ｎｏ．１ｌ
电容式压力传感器的线性化校正与温度补偿
刘 沁 ，周东旭 ，张治国 ，匡石 ，李新
（１．沈阳工业大学，辽宁沈阳１１０８７０；２．沈阳仪表科学研究院，辽宁沈阳１１００４３）
摘要：论述了利用最小二乘法和牛顿插值法对电容式压力传感器的非线性和温度影响进行校正和补偿的方法。对电
容式压力传感器信号存在非线性和温漂问题的机理进行了分析。采用最小二乘法对传感器输出信号进行非线性校正，
然后利用牛顿插值法进行温度补偿。测试结果表明，在一４Ｏ一８５℃温度范围内实现了０．０４％的测量精度。
关键词：电容式压力传感器；最小二乘法；牛顿插值法
中图分类号：ＴＰ２１２．９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—１８４１（２０１０）１１—０００１一Ｏ２
Ｌｉｎｅａｒ Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｅｎｓｏｒ
ＬＩＵ Ｑｉｎ ，ＺＨＯＵ Ｄｏｎｇ－ｘｕ ，ＺＨＡＮＧ Ｚｈｉ—ｇｕｏ２，ＫＵＡＮＧ Ｓｈｉ ，ＬＩ Ｘｉｎ
（１．Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１０８７０，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １００４３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ Ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｔｈｅ Ｎｅｗｔｏｎ ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｎ ｔｈｅ ｌｉｎｅａｒ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ
ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｎｓｏｒ．Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｏｆ ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｎｓｏｒ ｓｉｇｎａｌ