1、引言

現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱是傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù),，它們分別構(gòu)成信息系統(tǒng)的“感官”,、“神經(jīng)”和“大腦”,。傳感器是信息采集系統(tǒng)的首要部件,，幾乎應(yīng)用于所有的技術(shù)領(lǐng)域,，世界各國(guó)都越來越重視傳感器的研制與開發(fā),。

壓力傳感器是應(yīng)用最為廣泛的傳感器之一,，今年來,，先進(jìn)國(guó)家都加大了對(duì)壓力傳感器的研究力度。對(duì)壓力傳感器的研究集中在原理,、制造工藝,、傳感器補(bǔ)償技術(shù)與信號(hào)調(diào)理上。現(xiàn)有壓力傳感器在原理和生產(chǎn)工藝上主要有電容式,、粘貼式,、硅壓阻式、合金電阻應(yīng)變式幾種,，各種傳感器的工藝技術(shù)都日趨成熟,，尤其是合金電阻應(yīng)變式壓力傳感，性能優(yōu)越,，應(yīng)用越來越廣泛,。本文針對(duì)影響硅壓阻式和合金薄膜應(yīng)變式壓力傳感器測(cè)量精度的一個(gè)主要誤差——靈敏度溫漂進(jìn)行分析，探討各種補(bǔ)償方法,，通過對(duì)靈敏度溫漂的有效補(bǔ)償,，減少溫度變化引起的測(cè)量誤差，提高壓力傳感器測(cè)量精度,。

2,、影響壓力傳感器靈敏度溫漂的主要因素

2.1 靈敏度和靈敏度溫漂

硅壓阻式和合金薄膜壓力傳感器采用的轉(zhuǎn)換電路一般為全橋應(yīng)變電路，測(cè)量原理見圖1示：

圖1 全橋應(yīng)變電路

壓力傳感器敏感芯片受到壓力產(chǎn)生電阻阻值改變,，R1和R4電阻增大,，R2和R3電阻減小，橋路輸出一個(gè)與壓力成正比的電信號(hào),。理論上,，4個(gè)電阻阻值相同，均為R,，電阻R1和R4的變化值均為ΔR,，電阻R2和R3的變化值均為（-ΔR），可推導(dǎo)出,，傳感器的零點(diǎn)輸出見公式（1）：

ΔV=U×ΔR/R                                            (1)

靈敏度是指壓力傳感器在滿量程壓力下,，單位輸入所產(chǎn)生的輸出；是壓力傳感器的靜態(tài)特性中的一項(xiàng)重要指標(biāo),。靈敏度溫漂指壓力傳感器的滿量程輸出隨溫度變化的改變率,。壓力傳感器的靈敏度溫漂的計(jì)算公式見式（2）：

β=(YF.S(t₂)- YF.S(t₁))×100%/［YF.S(t₁)×( t₂- t₁)］/℃     (2)

其中YF.S表示壓力傳感器的滿量程輸出。

2.2 產(chǎn)生靈敏度溫漂的主要原因

2.2.1 產(chǎn)生硅壓阻式傳感器靈敏度溫漂的主要原因

對(duì)于硅壓阻式壓力傳感器，產(chǎn)生靈敏度溫漂的原因是多方面的,。壓力靈敏度與壓阻系數(shù)成比例關(guān)系,，壓阻系數(shù)是溫度的函數(shù)，因此壓阻系數(shù)隨溫度變化是產(chǎn)生靈敏度溫漂的主要原因,。壓阻系數(shù)隨溫度升高而下降,，靈敏度溫度系數(shù)總是小于零，而且壓敏電阻的壓阻系數(shù)的溫度系數(shù)大,，一般需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償,，這是硅壓阻式壓力傳感器最大缺點(diǎn)。另外,，絕緣層與基底材料的熱膨脹系數(shù)不匹配，電阻摻雜不合適等也會(huì)影響靈敏度溫漂,。因此壓阻系數(shù)的溫度系數(shù)造成的溫漂相對(duì)比較復(fù)雜,，補(bǔ)償相對(duì)困難，但一般有一定的規(guī)律,，可按照經(jīng)驗(yàn)和規(guī)律進(jìn)行補(bǔ)償,。

2.2.2 產(chǎn)生合金薄膜應(yīng)變式傳感器靈敏度溫漂的主要原因

對(duì)于合金薄膜應(yīng)變式壓力傳感器，由于應(yīng)變電阻隨彈性元件的變化而變化,，而彈性元件彈性模量是溫度的函數(shù),，隨著溫度增加，彈性模量會(huì)增大,，所以壓力傳感器有一個(gè)正的靈敏度溫漂,；這是影響靈敏度溫漂的主要原因。由于彈性模量的溫度系數(shù)為一定值,，所以,，合金薄膜壓力傳感器的靈敏度溫漂基本為一恒定值，補(bǔ)償相對(duì)簡(jiǎn)單,，方便進(jìn)行補(bǔ)償,。

3、幾種補(bǔ)償靈敏度溫漂的方法

下面介紹目前通用的幾種靈敏度溫漂的補(bǔ)償方法：

如圖2示：將二極管串接入橋路的供壓電源端來實(shí)現(xiàn)靈敏度溫漂的補(bǔ)償,；其原理是：對(duì)橋路采用恒壓源供電,，二極管在正向使用時(shí)相當(dāng)于負(fù)溫度系數(shù)的小電阻，當(dāng)環(huán)境溫度增加,，二極管正向電阻值減小,，二極管的分壓減小，橋路的供橋電壓增加,，使得傳感器的零點(diǎn)輸出與滿量程輸出增加,，從而達(dá)到補(bǔ)償硅傳感器的負(fù)靈敏度溫漂。這種方法簡(jiǎn)單實(shí)用，適應(yīng)于硅壓阻式傳感器的靈敏度溫漂補(bǔ)償,；缺點(diǎn)是二極管補(bǔ)償方式離散性大,，不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)補(bǔ)償。

3.2 熱敏電阻補(bǔ)償法

采用恒壓源供電,，橋式電路的輸出與供橋電壓成正比,，與橋臂電阻的變化量（ΔR₁+ΔR₄-ΔR₂-ΔR₃）成正比，與橋臂平均電阻R成反比,。通過改變橋壓的大小就可以實(shí)現(xiàn)靈敏度溫漂的補(bǔ)償,。在橋路的供壓電源端來串入一個(gè)溫度系數(shù)比橋臂電阻大得多的熱敏電阻，通過在不同溫度下,，熱敏電阻的分壓不同,，引起橋路的供橋電壓改變，從而達(dá)到改變傳感器零點(diǎn)和滿量程的改變,。澤天傳感在濺射薄膜壓力傳感器的溫度補(bǔ)償上,，長(zhǎng)期采用這種補(bǔ)償方式，結(jié)果表明,，該補(bǔ)償方式簡(jiǎn)單易行,，效果良好。

對(duì)于硅壓阻式傳感器,，由于電阻的溫度系數(shù)與壓阻系數(shù)的溫度系數(shù)均為負(fù)值,，在熱敏電阻的選擇上，要選擇負(fù)溫度系數(shù)比橋臂電阻大得多的熱敏電阻,，這樣,，在高溫下，熱敏電阻的分壓比常溫下小,，橋路的供橋電壓增加,，滿量程輸出增加，起到補(bǔ)償作用,。合金應(yīng)變式壓力傳感器的補(bǔ)償與硅壓阻式相反,，因?yàn)閺椥圆牧吓c合金電阻材料的溫度系數(shù)均為正值，熱敏電阻須選擇正溫度系數(shù)大的電阻,，如純銅電阻,。

通過串接熱敏電阻方式補(bǔ)償靈敏度溫漂，工藝簡(jiǎn)單,，補(bǔ)償精度也高,；這種方法相比教于二極管補(bǔ)償方法更精確，熱敏電阻的溫度系數(shù)成線性,，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)精確的補(bǔ)償,，是最常用的補(bǔ)償方法,。

3.3 數(shù)字化補(bǔ)償

由于高精度的數(shù)字調(diào)理電路的發(fā)展，壓力傳感器的零點(diǎn)溫漂與靈敏度溫漂都可以通過后期電路進(jìn)行修正,。在數(shù)字調(diào)理芯片內(nèi)部,，帶有溫度傳感器，能實(shí)時(shí)測(cè)量傳感器環(huán)境溫度,。電路內(nèi)部存儲(chǔ)器,，可以預(yù)先存入各種溫度下對(duì)應(yīng)的零點(diǎn)與滿量程輸出值。在各種環(huán)境溫度下,，通過內(nèi)部溫度傳感器測(cè)量實(shí)時(shí)溫度,，電路調(diào)出預(yù)先存儲(chǔ)的該溫度點(diǎn)下的零點(diǎn)與滿量程輸出值，從而達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康摹?

4,、結(jié)論

本文通過分析硅壓阻式和合金薄膜應(yīng)變式壓力傳感器的靈敏度溫漂產(chǎn)生的主要原因,，針對(duì)靈敏度溫漂的特點(diǎn)，介紹幾種有效的補(bǔ)償方法,。分析和澤天傳感長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：通過熱敏電阻或高精度調(diào)理電路都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力傳感器的靈敏度溫漂的有效補(bǔ)償,，使壓力傳感器溫度誤差滿足0.2級(jí)或更高精度要求。