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压力传感器温度漂移补偿的控制电路设计探讨

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摘要:压力传感器传感器是一种将压力转化电信号,并实现电信号输出的设备类型。压力传感器可以广泛的应用到工业生产、勘探测量、设备监控等领域,具有的应用价值。然而,压力传感器在实际的运用中,受到温度变化的影响,导致温度漂移情况的发生,严重隐形概念股传感器灵敏度,导致测量结果误差较大。

关键词:压力传感器;温度漂移补偿;控制电路;设计

1压力传感出现温度漂移的原因

温度因素是影响压力传感器可靠性温度漂移基本,为了完成对压力传感器温度漂的控制,需要合对具体的压力传感器的温度漂移因素进行解读,具体内容如下。零位温度漂移因素:具体的零位温度漂移,结合上述公式的基本情况,可以完成对造成零位温度漂移因素的分析。残余气体因素的影响,残余气体的影响,主要体现在一类存在密封参考压力腔的压力传感器中,。对于简单的压力传感器,则不需要考虑气体的影响[1]。对于零位温度的漂移因素,还需要的对桥臂电阻的差异性引起的温度漂移进行分析,这类温度漂移的主要是由于四个电阻值的差异引起的温度漂移或是由电阻所处于的位置膜厚度不均匀引起温度漂移。灵敏度漂移原因:灵敏度漂移是影响压力传感器测量精度和可靠性的重要因素,造成压力传感器灵敏度漂移的因素较多。通过查阅相关文献资料,可得到压力传感器的灵敏度与压阻系数之间是存在明显联系,且二者之间呈现正相关的联系,而压阻是温度的函数。通过上述结论,展开分析可以得到电阻系数会受到的温度变化的影响,导致压力传感器出灵敏度漂移。

2压力传感器温度漂移的现有补偿方法分析

压力传感器温度漂移是影响压力传感器测量禁锢的关键,故此,针对的压力传感器的温度漂移,需结合具体原因,选取适宜的补偿方式实现对温度漂移的控制。现阶段,常见温度漂移补偿方式可以分为内部补偿和外部补偿两种方式,具体补偿方式为。(1)内部补偿。这类补偿方式较为适用于零位温度漂移的情况,可以实现对零位温度漂移的控制。以硅桥式压阻压力传感器为例,具体的内部补偿方式主要是控制扩散电阻阻值和扩散电阻温度系数不一致,促使其在不加压情况下,可以满足输出不为零,并随着温度变化。故此,针对内部补偿,主要是通过改善内部结构的方式,达到增加扩散电阻的对称性的目的。并借助控制材料特性的方式,可以选择掺杂的方式,促使压力传感器在温度变化的环境下,可以始终保持稳定的状态。另外,灵敏度漂移的公司分析中,可以得到扩散系数和结深也会造成敏感度变化,故此需要综合对其进行控制,达到降低漂移产生的目的[2]。(2)外部补偿。具有较多的补偿方式,主要可以分为软件补偿和硬件补偿的方式,其中软件补偿,主要是运用适宜的算法结合软件完成对传感器输出信号的处理,进而满足温度补偿的目的,在具体补偿算法分析中,可以选择BP神经网络算法和回归分析法等。对于硬件补偿,主要通过控制电路设计的方式,完成对温度漂移补偿,进而降低温度漂移对传感器造成的不利影响。

3压力传感器温度漂移补偿的控制电路设计

压力传感器温度漂移补偿控制电路属于外部补偿方式,且具有较好的控制效果,可以完成对温度漂移进行控制,达到降低压力传感器测量误差的目的。基于此,详细的对压力传感器温度漂移补偿控制电路的设计进行分析。(1)电源电路。以压阻式的电源电路设计进行分析,根据电源供电的方式,可以将电源分为恒流源和恒压源两种形式,为保障电源电路设计质量,需展开对两部分的比较分。现假设4个扩散电阻的初始值相同,并运用字母R表示。当传感器受到压力作用后,存在两个扩散电阻的阻值上升,具体量为ΔR,对于另外两个电阻发生减少,且得到具体减少的值为ΔR,在温度的作用下,每个扩散电阻均存在ΔR的变化值。从而分别对恒流供电和恒压供电展开分析,并得到具体的输出信号。在比较分析中,可以得到恒压电源供电,对消除温度影响的作用不理想。故此,对于电源电路的设计选择恒流供电。(2)差动放大电路。为保障压力传感器的信号的有效性,则需要展开放电电路的设计,由其实输出电阻很大时,则需要具备良好的放大效果。选择输入差动放大电路的方式,且可以实现对共膜信号的控制,并保障运用调整可变电阻的方式,完成对放大倍数的控制。(3)A/D转换电路的设计。A/D转换是保障控制电路功能的基础,在具体选择时,可运用单通道串行输入的14位的逼近A/D转换芯片。由于这类芯片具有较高的效率和精度,且能耗少,可完成对误差的纠正,无需外部调整。(4)温度传感器信号的提取。对于外部温度环境,可选择数字化温度传感器,实现对温度信号的值的输出。选择适宜的温度传感器,对温度变化分析结果具有重要的作用。

4仿真实践

为实现对压力传感器温度漂移补偿控制电路设计的分析,选取硅桥式压阻压力传感器,运用Hspice作为仿真软件,结合TSMC0.35CMOS工艺,展开仿真模拟。先展开对SPICE模型的构建,在模型构建之前需要对如下表1的参数进行分析。表1压力传感器的基本参数激励电压(V)激励电流(mA)输出电阻(kΩ)输入电阻(kΩ)输出量程(mV)工作温度(℃)温度漂移系数(ppm/℃)3~51.5~34.64.6100±30-20~100±800结合上述基本参数,展开对SPICE模型的构建,并完成对补偿前后补偿后的温度特性曲线情况分析。由此可见,输出电压与温度之间城下负相关的联系,且具有的良好的线性度,综合比较可以得到具体的温度系数为-2099.8ppm/℃。且得到温度特性与传感器的温度使一致。另外,对温度环境-20~100℃的补偿效果展开仿真,温度系数补偿由-2099.8ppm/℃转变为24.9ppm/℃。由此可见,本文设计压力传感器温度漂移补偿的控制电路满足压力传感器的应用需求。

5结语

分析压力传感器温度漂移的原因,在明确造成压力传感器温度漂移的原因的基础上,分析温度漂移的补偿方式,并通过对补偿方式的比较分析,选择控制电路设计的方式完成对温度补偿控制电路的具体设计,实现对压力传感器温度漂移的补偿,保障压力传感器的功能。

参考文献:

[1]徐鹏,孙玲.压力传感器温度漂移补偿的应用分析[J].中国水运月刊,2012,12(1):105-106.

[2]何慎之.高精度MEMS硅差压传感器过载保护与温度漂移补偿研究[D].华南理工大学,2015.

作者:徐叶松 单位:无锡市计量测试院

压力传感器温度漂移补偿的控制电路设计探讨责任编辑:张雨    阅读:人次
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