壓力傳感器溫度漂移補償的控制電路設計探討范文
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摘要：壓力傳感器傳感器是一種將壓力轉化電信號，并實現電信號輸出的設備類型。壓力傳感器可以廣泛的應用到工業生產、勘探測量、設備監控等領域，具有的應用價值。然而，壓力傳感器在實際的運用中，受到溫度變化的影響，導致溫度漂移情況的發生，嚴重隱形概念股傳感器靈敏度，導致測量結果誤差較大。
1壓力傳感出現溫度漂移的原因
溫度因素是影響壓力傳感器可靠性溫度漂移基本，為了完成對壓力傳感器溫度漂的控制，需要合對具體的壓力傳感器的溫度漂移因素進行解讀，具體內容如下。零位溫度漂移因素：具體的零位溫度漂移，結合上述公式的基本情況，可以完成對造成零位溫度漂移因素的分析。殘余氣體因素的影響，殘余氣體的影響，主要體現在一類存在密封參考壓力腔的壓力傳感器中，。對于簡單的壓力傳感器，則不需要考慮氣體的影響[1]。對于零位溫度的漂移因素，還需要的對橋臂電阻的差異性引起的溫度漂移進行分析，這類溫度漂移的主要是由于四個電阻值的差異引起的溫度漂移或是由電阻所處于的位置膜厚度不均勻引起溫度漂移。靈敏度漂移原因：靈敏度漂移是影響壓力傳感器測量精度和可靠性的重要因素，造成壓力傳感器靈敏度漂移的因素較多。通過查閱相關文獻資料，可得到壓力傳感器的靈敏度與壓阻系數之間是存在明顯聯系，且二者之間呈現正相關的聯系，而壓阻是溫度的函數。通過上述結論，展開分析可以得到電阻系數會受到的溫度變化的影響，導致壓力傳感器出靈敏度漂移。
2壓力傳感器溫度漂移的現有補償方法分析
壓力傳感器溫度漂移是影響壓力傳感器測量禁錮的關鍵，故此，針對的壓力傳感器的溫度漂移，需結合具體原因，選取適宜的補償方式實現對溫度漂移的控制。現階段，常見溫度漂移補償方式可以分為內部補償和外部補償兩種方式，具體補償方式為。（1）內部補償。這類補償方式較為適用于零位溫度漂移的情況，可以實現對零位溫度漂移的控制。以硅橋式壓阻壓力傳感器為例，具體的內部補償方式主要是控制擴散電阻阻值和擴散電阻溫度系數不一致，促使其在不加壓情況下，可以滿足輸出不為零，并隨著溫度變化。故此，針對內部補償，主要是通過改善內部結構的方式，達到增加擴散電阻的對稱性的目的。并借助控制材料特性的方式，可以選擇摻雜的方式，促使壓力傳感器在溫度變化的環境下，可以始終保持穩定的狀態。另外，靈敏度漂移的公司分析中，可以得到擴散系數和結深也會造成敏感度變化，故此需要綜合對其進行控制，達到降低漂移產生的目的[2]。（2）外部補償。具有較多的補償方式，主要可以分為軟件補償和硬件補償的方式，其中軟件補償，主要是運用適宜的算法結合軟件完成對傳感器輸出信號的處理，進而滿足溫度補償的目的，在具體補償算法分析中，可以選擇BP神經網絡算法和回歸分析法等。對于硬件補償，主要通過控制電路設計的方式，完成對溫度漂移補償，進而降低溫度漂移對傳感器造成的不利影響。
3壓力傳感器溫度漂移補償的控制電路設計
壓力傳感器溫度漂移補償控制電路屬于外部補償方式，且具有較好的控制效果，可以完成對溫度漂移進行控制，達到降低壓力傳感器測量誤差的目的。基于此，詳細的對壓力傳感器溫度漂移補償控制電路的設計進行分析。（1）電源電路。以壓阻式的電源電路設計進行分析，根據電源供電的方式，可以將電源分為恒流源和恒壓源兩種形式，為保障電源電路設計質量，需展開對兩部分的比較分。現假設4個擴散電阻的初始值相同，并運用字母R表示。當傳感器受到壓力作用后，存在兩個擴散電阻的阻值上升，具體量為ΔR，對于另外兩個電阻發生減少，且得到具體減少的值為ΔR，在溫度的作用下，每個擴散電阻均存在ΔR的變化值。從而分別對恒流供電和恒壓供電展開分析，并得到具體的輸出信號。在比較分析中，可以得到恒壓電源供電，對消除溫度影響的作用不理想。故此，對于電源電路的設計選擇恒流供電。（2）差動放大電路。為保障壓力傳感器的信號的有效性，則需要展開放電電路的設計，由其實輸出電阻很大時，則需要具備良好的放大效果。選擇輸入差動放大電路的方式，且可以實現對共膜信號的控制，并保障運用調整可變電阻的方式，完成對放大倍數的控制。（3）A/D轉換電路的設計。A/D轉換是保障控制電路功能的基礎，在具體選擇時，可運用單通道串行輸入的14位的逼近A/D轉換芯片。由于這類芯片具有較高的效率和精度，且能耗少，可完成對誤差的糾正，無需外部調整。（4）溫度傳感器信號的提取。對于外部溫度環境，可選擇數字化溫度傳感器，實現對溫度信號的值的輸出。選擇適宜的溫度傳感器，對溫度變化分析結果具有重要的作用。
4仿真實踐
為實現對壓力傳感器溫度漂移補償控制電路設計的分析，選取硅橋式壓阻壓力傳感器，運用Hspice作為仿真軟件，結合TSMC0.35CMOS工藝，展開仿真模擬。先展開對SPICE模型的構建，在模型構建之前需要對如下表1的參數進行分析。表1壓力傳感器的基本參數激勵電壓（V）激勵電流（mA）輸出電阻（kΩ）輸入電阻（kΩ）輸出量程（mV）工作溫度（℃）溫度漂移系數（ppm/℃）3~51.5~34.64.6100±30-20~100±800結合上述基本參數，展開對SPICE模型的構建，并完成對補償前后補償后的溫度特性曲線情況分析。由此可見，輸出電壓與溫度之間城下負相關的聯系，且具有的良好的線性度，綜合比較可以得到具體的溫度系數為-2099.8ppm/℃。且得到溫度特性與傳感器的溫度使一致。另外，對溫度環境-20~100℃的補償效果展開仿真，溫度系數補償由-2099.8ppm/℃轉變為24.9ppm/℃。由此可見，本文設計壓力傳感器溫度漂移補償的控制電路滿足壓力傳感器的應用需求。
5結語
分析壓力傳感器溫度漂移的原因，在明確造成壓力傳感器溫度漂移的原因的基礎上，分析溫度漂移的補償方式，并通過對補償方式的比較分析，選擇控制電路設計的方式完成對溫度補償控制電路的具體設計，實現對壓力傳感器溫度漂移的補償，保障壓力傳感器的功能。
參考文獻：
[1]徐鵬,孫玲.壓力傳感器溫度漂移補償的應用分析[J].中國水運月刊,2012,12(1):105-106.
[2]何慎之.高精度MEMS硅差壓傳感器過載保護與溫度漂移補償研究[D].華南理工大學,2015.
作者：徐葉松 單位：無錫市計量測試院