【正文】 影響傳感器精度的重要指標之一。在上一章我們已經 介紹過， 但是 由于工藝 生產不匹配的 原因，如摻雜濃度 不均勻 及厚度 不統(tǒng)一 等造成的擴散電阻 的 阻值或擴散電阻的溫度系數不一致， 導致 在不加壓力時 候 電橋輸出不為零并且隨溫度 的 變化 而發(fā)生改變 。 1. 硬件補償： 這種方法 是在惠斯通電橋的四個電阻中，在 對應 的橋臂上串、并聯(lián)上一定阻值大小的電阻， 來 平衡因四個 擴散 電阻初始阻值不匹配造成的零點漂移 ， 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 一般選用溫度系數非常小 的金屬膜電阻，故可以認為溫度系數為零。 (1)補償電阻計算公式的推導 關于 補償電阻 SR , PR 的求解，前人已經做了許多工作，大多數人都采用如下 （ 38） 公式計算： （ 38） 其中 1? 、 2? 、 3? 、 4? 為四個橋臂電阻的溫度系數。 （ 2）恒流源供電 在惠斯通電橋中，補償電阻的接法有 16種之多，現(xiàn)以如圖 31所示的恒流源供電電路為例進行分析。 因此 可以在橋臂 上串 或 并聯(lián)適當 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償的目的。 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）， ，因而對其進行泰勒展開得： 一般認為 PR ≥ 50R, SR ≤ ，故將以上的泰勒展開式 略去高次項得： （ 3— 12） 得： （ 3— 13） （ 3— 14） 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 32 頁 第 20 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ （ 3— 15） 令 為 補償前傳感器在溫度 1T 時的零點輸出； 為補償前傳感器在溫度 0T 時的零點輸出 ； ，即為 1T ， 0T 之間的零點漂移。 iR ―― 四個橋臂電阻在溫度 0T 時的阻值 ( 1T ＞ 0T )。而由于幾四個橋臂電 阻 的參數不匹配。 從計算方法的理論可知，兩個接近數相減是一種病態(tài)問題，如果在側量和計算這四個溫度系數時產生微小的誤差，則 (1K)的相對誤差就可能會很大，從而使計算出的補償電阻阻位誤差較大，這就會使補償效果不佳，甚至將本來就己較好的傳感器，通過這一補償，反而變差了。根據 供電方式不同，補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行比較 分析 。并 且 盡可能 使 零點輸出隨 著 溫度變化而產生的漂移控制在 最 小的范圍。 壓限式傳感器在硅芯片上擴散出 的四個橋臂電阻， 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 過高不僅會導致晶格缺陷的增加， 還會 導致 傳感器的靈敏度 降低。相比之下， 我國 現(xiàn)在關于零點溫度補償的方法還不能做到模塊化，目前我國依舊 按照傳統(tǒng)的補償方法，根據實現(xiàn)的條件分為用硬件電路補償和智能芯片或微機中 軟 用 件方法 進行 補償。 靈敏度漂移 SS (Sensitivity Shift)如（ 34）所示 : 靈敏度漂移溫度系數 TCS (Temperature Coefficient of Sensitivity),單位 為 ppm/℃ ,表示溫度每變化 1℃ ,靈敏度所對應變化的百萬分數 。零位熱漂移溫度系數的表達式 為（ 31） ： 其 中 0()NUt――參考溫度 0t 下滿量程時的輸出電壓 。這里傳感器的輸出表達式 為 （ 27） ： （ 2— 7） 其中為而導致的 R? 阻值變化， tR? 為而產生的電阻值 R 的變化。由圖可見， 0U 有一個變化范圍。 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 32 頁 第 15 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 如圖 26所示為一定電激勵條件下壓力傳感器典型的輸出電壓與壓力之間的關系。 就拿 壓力傳感器零點溫度漂移 來講 ， 衡量壓力傳感器質量的一個重要性能指標 就是零點溫度漂移 ，一般零點溫度漂移系數用 K0來表示，即（ 26）： (26) 上式中， )( 0TUN 為參考溫度下滿量程時的輸出電壓； )(0TU 和 )( 00TU 分別為溫度 T和參考溫度 0T 時的零點輸出電壓。 壓力傳感器溫度漂移產 生的機理 前文介紹了 壓力傳感器的輸出取決于惠斯通電橋的各個有上的電阻值，但由于半導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生很大作用 ,然而工作環(huán)境溫度必然是一個難以控制的因素 ,因此傳感器的輸出必然會產生誤差。 8. 最大壓力范圍 最大壓力范圍是指傳感器能長時間承受的最大壓力，且不引起輸出特性永久性改變。 畢業(yè)設計（論文）報告紙 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間下的靜態(tài)標定靈敏度； 2S ――傳感器在和“某一確定時間”相隔一年下的靜態(tài)標定靈敏度。 在某些要求 傳感器 能長期使用而又不能輕易更換或標定的場合，所選用的 傳感器 穩(wěn)定性要求更嚴格，要能夠經受住長時間的考驗。影響 傳感器 長期穩(wěn)定性的因素除 傳感器 本身結構外，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 與輸入量無關的。這個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。當被測量是單向量，而且對其方向性要求較高，則應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。因為只有 在靈敏度高時候 ，與被測量變化對應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 壓力傳感器的特性指標是評價壓力傳感器性能優(yōu)劣的根據，其數目繁多。 通過惠斯通電橋結構，就可以 把由于 壓力 的產生而 引起的電阻變化轉化 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? 與應力的關系如式（ 21）所示： （ 2— 1） 式中： l? 、 n? 為沿電阻縱向壓阻系數和橫向壓阻系數（ 1Pa? ）， l ? 、 n? 為沿電阻縱向應力和橫向應力（ Pa ）。實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態(tài)的應力。某些晶體介質，當沿著一定方向受到機械力作用發(fā)生變形時，就產生了極化效應；當機械力撤掉之后，又會重新回到不帶電的狀態(tài)，也就是受到壓力的時候，某些晶體可能產生出電的效應，這就是所謂的極化效應。 壓電式傳感器也廣泛應用在生物醫(yī)學測量中，比如說心室導管式微音器就是由壓電傳感器制成的，因為測量動態(tài)壓力是如此普遍，所以壓電傳感器的應用就非常廣。壓電式加速度傳感器在飛機、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動和沖擊測量中已經得到了廣泛的應用，特 別是航空和宇航領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高的濕度，所以已經得到了廣泛的應用。 畢業(yè)設計（論文）報告紙 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 下工作時會 造成 傳感器 涂覆 的 材料 高溫 熔化、 焊接的 點 容易 開化、彈性體內應力 也會 發(fā)生結構 上的 變化等問題。由于技術密集也自然要求人才密集。 應用依附是指傳感器技術基本上屬于應用技術，其市場開發(fā)多依賴于檢測裝置和自動控制系統(tǒng)的應用，才能真正體現(xiàn)出它的高附加效益并形成現(xiàn)實市 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 算機技術與檢測技術相結合的產物，使傳感器具有一定的人工智能。 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 32 頁 第 7 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 傳感器的技術特點及環(huán)境影響 中國傳感器產業(yè)正處于由傳統(tǒng)型向新型傳感器發(fā)展的關鍵階段 ， 它體現(xiàn)了新型傳感器向微型化、多功能化、數字化、智能化、系統(tǒng)化和網絡化發(fā)展的總趨勢。 2響應 輸出時被測量變化的特性。 2線性度 校準曲線與某一規(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的輸入量增量之比。 1滯后 在規(guī)定的范圍內，當被測量值增加和減少時， 輸出中出現(xiàn)的最大差值。 1 輸入阻抗 在輸出端短路時，傳感器輸入端測得的阻抗。 閾值 能使傳感器輸出端產生可測變化量的被測量的最小變化量。 測量范圍 在允許誤差限內被測量值的范圍。通常有敏感元件和轉換 元件組成。 4. 廣泛化 ：目前 壓力傳感器正從機械行業(yè)向其它領域擴展 ， 例如 : 醫(yī)療儀器