【正文】 影響傳感器精度的重要指標(biāo)之一。在上一章我們已經(jīng) 介紹過， 但是 由于工藝 生產(chǎn)不匹配的 原因，如摻雜濃度 不均勻 及厚度 不統(tǒng)一 等造成的擴(kuò)散電阻 的 阻值或擴(kuò)散電阻的溫度系數(shù)不一致， 導(dǎo)致 在不加壓力時(shí) 候 電橋輸出不為零并且隨溫度 的 變化 而發(fā)生改變 。 1. 硬件補(bǔ)償： 這種方法 是在惠斯通電橋的四個(gè)電阻中，在 對應(yīng) 的橋臂上串、并聯(lián)上一定阻值大小的電阻， 來 平衡因四個(gè) 擴(kuò)散 電阻初始阻值不匹配造成的零點(diǎn)漂移 ， 以及它隨溫度變化而 發(fā)生改變的溫度漂移。將另一對阻值減小的電阻也對接，如圖 31所示。 而 且 SR , PR 一般選用溫度系數(shù)非常小 的金屬膜電阻，故可以認(rèn)為溫度系數(shù)為零。 (1)補(bǔ)償電阻計(jì)算公式的推導(dǎo) 關(guān)于 補(bǔ)償電阻 SR , PR 的求解，前人已經(jīng)做了許多工作，大多數(shù)人都采用如下 （ 38） 公式計(jì)算： （ 38） 其中 1? 、 2? 、 3? 、 4? 為四個(gè)橋臂電阻的溫度系數(shù)。 （ 2）恒流源供電 在惠斯通電橋中，補(bǔ)償電阻的接法有 16種之多，現(xiàn)以如圖 31所示的恒流源供電電路為例進(jìn)行分析。 因此 可以在橋臂 上串 或 并聯(lián)適當(dāng) 阻值大小 的電阻來消除這種不平衡，使 1 3 2 4 0R R R R??，并使其溫度的變化 無限 趨 向 于 0，這就是零溫度漂移補(bǔ)償?shù)哪康摹?SR , PR ―― 一串、并聯(lián)電阻 。 （ 3）恒壓源供電 若給電橋以恒壓源供電，以。 在式（ 310）， ，因而對其進(jìn)行泰勒展開得： 一般認(rèn)為 PR ≥ 50R, SR ≤ ，故將以上的泰勒展開式 略去高次項(xiàng)得： （ 3— 12） 得： （ 3— 13） （ 3— 14） 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 32 頁 第 20 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ （ 3— 15） 令 為 補(bǔ)償前傳感器在溫度 1T 時(shí)的零點(diǎn)輸出； 為補(bǔ)償前傳感器在溫度 0T 時(shí)的零點(diǎn)輸出 ； ，即為 1T ， 0T 之間的零點(diǎn)漂移。 iR ―― 四個(gè)橋臂電阻在溫度 0T 時(shí)的阻值 ( 1T ＞ 0T )。而由于幾四個(gè)橋臂電 阻 的參數(shù)不匹配。 從計(jì)算方法的理論可知，兩個(gè)接近數(shù)相減是一種病態(tài)問題，如果在側(cè)量和計(jì)算這四個(gè)溫度系數(shù)時(shí)產(chǎn)生微小的誤差，則 (1K)的相對誤差就可能會很大，從而使計(jì)算出的補(bǔ)償電阻阻位誤差較大，這就會使補(bǔ)償效果不佳，甚至將本來就己較好的傳感器，通過這一補(bǔ)償，反而變差了。根據(jù) 供電方式不同，補(bǔ)償電路可以分為恒壓源供電方式和恒流源供電方式 兩種情況 ， 下面 我們分別對兩種供電方式進(jìn)行比較 分析 。并 且 盡可能 使 零點(diǎn)輸出隨 著 溫度變化而產(chǎn)生的漂移控制在 最 小的范圍。 壓限式傳感器在硅芯片上擴(kuò)散出 的四個(gè)橋臂電阻， 通常 是將其連接成惠斯通電橋。但 是 需要注意的是，摻雜濃度 過高不僅會導(dǎo)致晶格缺陷的增加， 還會 導(dǎo)致 傳感器的靈敏度 降低。相比之下， 我國 現(xiàn)在關(guān)于零點(diǎn)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄟ€不能做到模塊化，目前我國依舊 按照傳統(tǒng)的補(bǔ)償方法，根據(jù)實(shí)現(xiàn)的條件分為用硬件電路補(bǔ)償和智能芯片或微機(jī)中 軟 用 件方法 進(jìn)行 補(bǔ)償。 靈敏度漂移 SS (Sensitivity Shift)如（ 34）所示 : 靈敏度漂移溫度系數(shù) TCS (Temperature Coefficient of Sensitivity),單位 為 ppm/℃ ,表示溫度每變化 1℃ ,靈敏度所對應(yīng)變化的百萬分?jǐn)?shù) 。零位熱漂移溫度系數(shù)的表達(dá)式 為（ 31） ： 其 中 0()NUt――參考溫度 0t 下滿量程時(shí)的輸出電壓 。這里傳感器的輸出表達(dá)式 為 （ 27） ： （ 2— 7） 其中為而導(dǎo)致的 R? 阻值變化， tR? 為而產(chǎn)生的電阻值 R 的變化。由圖可見， 0U 有一個(gè)變化范圍。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 32 頁 第 15 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 如圖 26所示為一定電激勵(lì)條件下壓力傳感器典型的輸出電壓與壓力之間的關(guān)系。 就拿 壓力傳感器零點(diǎn)溫度漂移 來講 ， 衡量壓力傳感器質(zhì)量的一個(gè)重要性能指標(biāo) 就是零點(diǎn)溫度漂移 ，一般零點(diǎn)溫度漂移系數(shù)用 K0來表示，即（ 26）： (26) 上式中， )( 0TUN 為參考溫度下滿量程時(shí)的輸出電壓； )(0TU 和 )( 00TU 分別為溫度 T和參考溫度 0T 時(shí)的零點(diǎn)輸出電壓。 壓力傳感器溫度漂移產(chǎn) 生的機(jī)理 前文介紹了 壓力傳感器的輸出取決于惠斯通電橋的各個(gè)有上的電阻值，但由于半導(dǎo)體材料本身所具有的溫度敏感特性，硅膜片上的電阻不僅受壓力的影響，工作環(huán)境溫度也同樣對其產(chǎn)生很大作用 ,然而工作環(huán)境溫度必然是一個(gè)難以控制的因素 ,因此傳感器的輸出必然會產(chǎn)生誤差。 8. 最大壓力范圍 最大壓力范圍是指傳感器能長時(shí)間承受的最大壓力，且不引起輸出特性永久性改變。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 32 頁 第 14 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 0 0 000 0 0 0( ) ( ) 1 0 0 /( ) [ ( ) ( ) ]NU T U TK F ST T U T U T????? ℃ （ 2— 5） 其中 1S ――傳感器在某一確定時(shí)間下的靜態(tài)標(biāo)定靈敏度； 2S ――傳感器在和“某一確定時(shí)間”相隔一年下的靜態(tài)標(biāo)定靈敏度。 在某些要求 傳感器 能長期使用而又不能輕易更換或標(biāo)定的場合，所選用的 傳感器 穩(wěn)定性要求更嚴(yán)格，要能夠經(jīng)受住長時(shí)間的考驗(yàn)。影響 傳感器 長期穩(wěn)定性的因素除 傳感器 本身結(jié)構(gòu)外，主要是 傳感器 的使用環(huán) 境。 溫度漂移是指 由于周圍工作環(huán)境溫度的變化 ，傳感器的輸出量發(fā)生 變化，而且這些變化是 與輸入量無關(guān)的。這個(gè)輸人增量稱為傳感器的分辨力，該值相對于滿量程輸人值的百分比 ( )即為分辨率。當(dāng)被測量是單向量，而且對其方向性要求較高，則應(yīng)選擇其它方向靈敏度小的傳感器；如果被測量是多維向量，則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。因?yàn)橹挥?在靈敏度高時(shí)候 ，與被測量變化對應(yīng)的輸出信號的值才比較大，有利于信號處理。 壓力傳感器的特性指標(biāo) 壓力傳感器的特性指標(biāo)是評價(jià)壓力傳感器性能優(yōu)劣的根據(jù)，其數(shù)目繁多。 通過惠斯通電橋結(jié)構(gòu)，就可以 把由于 壓力 的產(chǎn)生而 引起的電阻變化轉(zhuǎn)化 成 為電壓的變化，形成 比較容易 測里的輸出。電阻 R 的變化量 R? 與應(yīng)力的關(guān)系如式（ 21）所示： （ 2— 1） 式中： l? 、 n? 為沿電阻縱向壓阻系數(shù)和橫向壓阻系數(shù)（ 1Pa? ）， l ? 、 n? 為沿電阻縱向應(yīng)力和橫向應(yīng)力（ Pa ）。實(shí)際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動(dòng)態(tài)的應(yīng)力。某些晶體介質(zhì)，當(dāng)沿著一定方向受到機(jī)械力作用發(fā)生變形時(shí)，就產(chǎn)生了極化效應(yīng)；當(dāng)機(jī)械力撤掉之后，又會重新回到不帶電的狀態(tài)，也就是受到壓力的時(shí)候，某些晶體可能產(chǎn)生出電的效應(yīng)，這就是所謂的極化效應(yīng)。 壓電式傳感器也廣泛應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)測量中，比如說心室導(dǎo)管式微音器就是由壓電傳感器制成的，因?yàn)闇y量動(dòng)態(tài)壓力是如此普遍，所以壓電傳感器的應(yīng)用就非常廣。壓電式加速度傳感器在飛機(jī)、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動(dòng)和沖擊測量中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，特 別是航空和宇航領(lǐng)域中更有它的特殊地位。磷酸二氫胺屬于人造晶體，能夠承受高溫和相當(dāng)高的濕度，所以已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 32 頁 第 9 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 2 章 壓力傳感器的原理 壓力傳感器的基本原理 壓力 傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。 （ 4）電磁場 會 對傳感器 造成影響，會使傳感器 輸出信號 紊亂。 一般常用 的密封有密封膠 （如 703膠） 充填或涂覆；橡膠墊機(jī)械緊固密封； 焊接 （激光焊、氬弧焊） 和抽真空充氮密封。 傳感器的環(huán)境影響 環(huán)境 對 傳感器造成的影響主要 體現(xiàn)在以 下方面： （ 1） 傳感器在 高溫環(huán)境 下工作時(shí)會 造成 傳感器 涂覆 的 材料 高溫 熔化、 焊接的 點(diǎn) 容易 開化、彈性體內(nèi)應(yīng)力 也會 發(fā)生結(jié)構(gòu) 上的 變化等問題。由于技術(shù)密集也自然要求人才密集。 應(yīng)用依附是指傳感器技術(shù)基本上屬于應(yīng)用技術(shù)，其市場開發(fā)多依賴于檢測裝置和自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，才能真正體現(xiàn)出它的高附加效益并形成現(xiàn)實(shí)市 場。 第三代傳感器是以后剛剛發(fā)展起來的智能型傳感器，是微型計(jì) 算機(jī)技術(shù)與檢測技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，使傳感器具有一定的人工智能。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 32 頁 第 7 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 傳感器的技術(shù)特點(diǎn)及環(huán)境影響 中國傳感器產(chǎn)業(yè)正處于由傳統(tǒng)型向新型傳感器發(fā)展的關(guān)鍵階段 ， 它體現(xiàn)了新型傳感器向微型化、多功能化、數(shù)字化、智能化、系統(tǒng)化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的總趨勢。 2響應(yīng) 輸出時(shí)被測量變化的特性。 2線性度 校準(zhǔn)曲線與某一規(guī)定直線一致的程度。 1靈敏度 傳感器輸出量的增量與相應(yīng)的輸入量增量之比。 1滯后 在規(guī)定的范圍內(nèi)，當(dāng)被測量值增加和減少時(shí)， 輸出中出現(xiàn)的最大差值。 1 輸入阻抗 在輸出端短路時(shí)，傳感器輸入端測得的阻抗。 閾值 能使傳感器輸出端產(chǎn)生可測變化量的被測量的最小變化量。 測量范圍 在允許誤差限內(nèi)被測量值的范圍。通常有敏感元件和轉(zhuǎn)換 元件組成。 4. 廣泛化 ：目前 壓力傳感器正從機(jī)械行業(yè)向其它領(lǐng)域擴(kuò)展 ， 例如 : 醫(yī)療儀器