【正文】 生一同樣大小的相對(duì)誤差，當(dāng)傳感器間SV5?隙變化 ?h時(shí)， 所產(chǎn)生的絕對(duì)測(cè)量誤差為 （）h??3??此壓力變送器的 約為 。如圖 所示， 若二者之間的傾角為 ?，則當(dāng)測(cè)頭移動(dòng) 時(shí)，實(shí)際的間隙變化量為 。1．主程序模塊主程序主要完成初始化，采集系統(tǒng)基準(zhǔn)校核，進(jìn)行STC12C2050AD端口識(shí)別和設(shè)置、讀取采集的數(shù)據(jù)并進(jìn)行計(jì)算和判斷．為了提高系統(tǒng)抗干擾能力，設(shè)計(jì)了看門狗電路，根據(jù)調(diào)試，在STC12C2050AD采樣頻率設(shè)置為2 Hz時(shí)，故主程序每個(gè)循環(huán)都應(yīng)清看門狗一次。RS485采 用 差 分 信 號(hào) 負(fù) 邏 輯 ， ＋ 2V～ ＋ 6V表 示 “0”， 6V～ 2V表 示 “1”。RS485 為半雙工，在某一時(shí)刻，一個(gè)發(fā)送另一個(gè)接收。5C建議在 RSTI 引腳與 VCC 之間跨接一個(gè)容量為 或者 的電容 延長(zhǎng)復(fù)位時(shí)間。在異步串口方式下，CH341提供串口發(fā)送使能、串口接收就緒等交互式的速率控制信號(hào)以及常用的MODEM 聯(lián)絡(luò)信號(hào)，用于為計(jì)算機(jī)擴(kuò)展異步串口，或者將普通的串口設(shè)備直接升級(jí)到USB 總線。因此在應(yīng)用中兩線制傳感器必然是首選。變送器在電路中相當(dāng)于一個(gè)特殊的負(fù)載，特殊之處在于變送器的耗電電流在4～20mA之間根據(jù)傳感器輸出而變化。如果變送器自身耗電大于 4mA，那么將不可能輸出下限 4mA 值。同時(shí)還要從電流回路上提取穩(wěn)定的電壓為調(diào)理電路供電。此外，在該電路中，還有一個(gè)部分，那就是減小電源波動(dòng)對(duì)電路輸出的影響，即電路中的 ,它可以抑制20R電源波動(dòng)帶來的影響。使 輸 出 電 壓 紋 波 系 數(shù) 降 低 ， 波 形 變 得 比 較平 滑 。由運(yùn)算放大器和電阻、電容（不含電感）組成的濾波器稱為 RC 有源濾波器。并且應(yīng)嚴(yán)格挑選幾個(gè)外接電阻 、 、 、 。 LM124管腳接線圖 電路工作原理 由于壓阻式壓力傳感器的輸出電阻很大,這就要求放大器有更大的輸入電阻。 提高單元負(fù)載能力單元電路 信號(hào)處理電路儀器儀表信號(hào)的放大處理,實(shí)際上就是對(duì)來源于傳感器的微弱信號(hào)的放大處理,要求放大器增益高,性能穩(wěn)定,尤其是零點(diǎn)漂移、溫度漂移、增益、穩(wěn)定性等指標(biāo)要求較高,也就是要能對(duì)信號(hào)實(shí)現(xiàn)精密放大處理,滿足計(jì)量要求。 信號(hào)處理供電電路圖 所示為提高單元負(fù)載能力的單元電路。???453347R??470R?此時(shí) 。 恒流源電路 （ ）12SETBIASI??其中， ()1RVI2RDVI??LM334的溫度系數(shù)為227μV/ ℃（包括偏置電流的） 。4 擴(kuò)散硅壓力變送器整體方案設(shè)計(jì)與計(jì)算 電源電路 傳感器供電電路壓阻式傳感器可以用恒壓源供電,也可用恒流源供電,但恒壓源供電與恒流源供電相比,其中: 為被測(cè)量的壓力所轉(zhuǎn)換成的電壓信號(hào),假設(shè)四個(gè)擴(kuò)散電阻的起始V阻值都相等且為R,當(dāng)有應(yīng)力時(shí),兩個(gè)電阻阻值增加,增量為 ,另兩個(gè)電阻阻值減小,減小R?量為 ,由于溫度影響,使每個(gè)電阻值都有 的變化量。可見它是一種很好的溫度補(bǔ)償元件。但無論何種影響，最后都通過橋臂力敏電阻的阻值變化反映出來。?C???/3上式對(duì)溫度求導(dǎo)，并另 ，由()和()式得出：??T （））（ TSTSR????0熱敏電阻溫度系數(shù)具有分散性，為了選擇合適的網(wǎng)絡(luò)電阻，需要經(jīng)過多次試驗(yàn)和修正。靈敏度溫度系數(shù)可用下式表示： ()21()TG???式中： 為 溫度下滿量程輸出；2TG為 溫度下滿量程輸出；1表示溫度變化1℃ 時(shí)滿量程輸出的相對(duì)變化量。SP串并聯(lián)電阻補(bǔ)償法中，補(bǔ)償電阻的接法很多，雖然以上的推理是根據(jù)圖11所示的電阻連接方式而來，但對(duì)于 、 其他連接方式，經(jīng)過上述同樣的簡(jiǎn)化和推理方法，可以推SRP理出同樣的公式，只是符號(hào)不同而已。由于這種補(bǔ)償方法是在電橋上完成的，我們將這類方法稱之為“橋內(nèi)補(bǔ)償法” 。擴(kuò)散硅壓力傳感器溫度漂移可分為以下三種：(1)零點(diǎn)熱漂移：由于組成測(cè)量電橋的各個(gè)橋臂電阻的溫度系數(shù)不一致，致使不加壓時(shí)電橋輸出(零點(diǎn)輸出)失衡，并且這一狀態(tài)隨溫度變化而發(fā)生變化。當(dāng)溫度升高時(shí)，壓阻系數(shù)減小，反之則增大。壓阻式壓力傳感器會(huì)受到溫度的影響，導(dǎo)致零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移，它來源于半導(dǎo)體物理性質(zhì)對(duì)溫度的敏感性。不銹鋼波紋膜片殼體感受壓力并保護(hù)芯片，因而電阻式壓力傳感器能在有腐蝕性的介質(zhì)中感應(yīng)壓力信號(hào)。610???電阻變換器的輸出量為電阻值的相對(duì)變化量 。通過采用專用數(shù)據(jù)采集模塊與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)通信，對(duì)傳感檢測(cè)系統(tǒng)遠(yuǎn)程校準(zhǔn)與數(shù)據(jù)交換。智能化產(chǎn)品的發(fā)展將成為未來傳感器市場(chǎng)的主流。硅材料又與硅油有良好的兼容性，使它在采用防腐材料隔離時(shí)結(jié)構(gòu)工藝更易于實(shí)現(xiàn)。精度高 擴(kuò)散硅壓力傳感器的感受、敏感轉(zhuǎn)換和檢測(cè)三位一體，無機(jī)械動(dòng)件連接轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，所以不重復(fù)性和遲滯誤差很小。 在 生 物 醫(yī) 學(xué) 方 面 ,壓 阻 式 傳 感器 也 是 理 想 的 檢 測(cè) 工 具 。在 航 天 和 航 空 工 業(yè) 中 壓 力 是 一 個(gè) 關(guān) 鍵 參 數(shù) ,對(duì) 靜 態(tài) 和 動(dòng) 態(tài) 壓 力 ,局 部 壓 力 和 整 個(gè) 壓力 場(chǎng) 的 測(cè) 量 都 要 求 有 很 高 的 精 度 。影響壓阻系數(shù)最主要因素是環(huán)境溫度和擴(kuò)散雜質(zhì)的表面濃度。目前使用最多的是單晶硅半導(dǎo)體。壓阻式壓力傳感器又稱為固態(tài)壓力傳感器，它不同于粘貼式應(yīng)變計(jì)需通過彈性敏感元件間接感受外力，而是直接通過硅膜片感受被測(cè)壓力的。1995年以后，智能壓力傳感器特別是智能差壓傳感器得到了較快的發(fā)展，以美國Honeywell公司為代表的西方國家不但開發(fā)了全數(shù)字技術(shù)和遠(yuǎn)程組態(tài)系統(tǒng)，而且推出了多種型號(hào)的現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：智能化；擴(kuò)散硅；壓力傳感器；二線制變送器；補(bǔ)償 Intelligent Diffused Silicon Pressure Sensor TransmitterAbstract This paper introduces the intelligent diffused silicon pressure sensor transmitter.The core ponents of intelligent pressure sensor transmitter the pressure sensor uses the piezoresistive effect of single crystal silicon (in one set of pressuresensitive and conversion ), the silicon diaphragm strain on the proliferation of a Wheatstone bridge. Wheatstone bridge detects changes in resistance. After differential normalized amplifier, output amplifier, and then after the conversion of voltage and current,it converts into a corresponding current signal. The current signal changes into the standard 4～20mA output signal which has a linear corresponding relationship with the input voltage, through a nonlinear correction loop pensation. The output of the bridge there will be a corresponding change in the measured pressure signal output. Combination of lowpower and highperformance single chip,it can realize the error pensation of measured parameters and the calibration of remote sensing system and data munication with the host puter .And it makes the whole measuring sensor system have a pact light weight，high accuracy，easy installation， and good longterm stability. Key words：Intelligent；Diffused silicon ；Pressure sensor ；Twowire transmitter Compensation1 前 言 壓力傳感器的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀在工業(yè)生產(chǎn)過程中，溫度、流量、壓力、位移是最常見的工業(yè)參數(shù)，其中壓力參數(shù)的檢測(cè)顯得尤為重要，應(yīng)用最為面廣量大。結(jié)合低功耗高性能單片機(jī)實(shí)現(xiàn)被測(cè)參量誤差補(bǔ)償及對(duì)傳感系統(tǒng)的遠(yuǎn)程校準(zhǔn)及與上位機(jī)的數(shù)據(jù)通信，并使整個(gè)測(cè)量傳感系統(tǒng)具有體積小，重量輕，測(cè)量精度高，安裝方便，長(zhǎng)期穩(wěn)定度好等優(yōu)點(diǎn)。這時(shí)，軍事領(lǐng)域開始裝備智能傳感器。 壓阻式壓力傳感器簡(jiǎn)介 壓阻式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)壓阻式壓力傳感器采用集成工藝將電阻條集成在單晶硅膜片上,制成硅壓阻芯片,并將此芯片的周邊固定封裝于外殼之內(nèi)，引出電極引線。利用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)制成的傳感器稱為壓阻式傳感器。由于壓力的原因，硅晶體的電阻發(fā)生變化，變化的大小與受到的壓力大小有關(guān)，同時(shí)與材料本身的壓阻系數(shù)有關(guān)?？梢院敛豢鋸埖卣f，新世紀(jì)的社會(huì)，將是充滿傳感器的社會(huì)。％ 。由于它輸入激勵(lì)電壓低，輸出信號(hào)大，且無機(jī)械動(dòng)件損耗，因而分辨率極高。耐腐蝕性好 由于擴(kuò)散硅材料本身優(yōu)良的化學(xué)防腐性能好，即使傳感器受壓面不隔離，也能在普通使用中適應(yīng)各種介質(zhì)。3 智能化由于集成化的出現(xiàn),在集成電路部分制作一些微處理機(jī)，使其具有“記憶”、“思維”、“處理”等能力。如：對(duì)傳感測(cè)量系統(tǒng)的穩(wěn)定性、分辨率、精度進(jìn)行統(tǒng)一量化及非線性數(shù)據(jù)補(bǔ)償。通常/L???為一個(gè)微應(yīng)變。受壓后其電阻值發(fā)生變化，電阻信號(hào)通過引線引出。圖 工作原理圖3 擴(kuò)散硅壓力傳感器的溫度補(bǔ)償原理 對(duì)擴(kuò)散硅壓力傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)囊饬x在對(duì)壓阻式壓力傳感器的研究方向中，包括開發(fā)耐高溫，及用于微機(jī)械加工的壓力傳感器，還有一個(gè)重要的研究方向是溫度漂移的補(bǔ)償，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，壓阻式壓力傳感器的確面臨著溫度補(bǔ)償問題。壓阻式壓力傳感器的靈敏度漂移是由于壓阻系數(shù)隨溫度改變而引起的。因?yàn)樵诠I(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，生產(chǎn)環(huán)境溫度變化范圍寬，而半導(dǎo)體力敏電阻壓阻系數(shù)的溫度系數(shù)也很大，在環(huán)境變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生工作特性漂移與靈敏度不穩(wěn)定的情況，使檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)生變化而造成測(cè)量值隨環(huán)境溫度變化，出現(xiàn)測(cè)量誤差，影響了壓力傳感器的特性。 零點(diǎn)溫度漂移的補(bǔ)償零點(diǎn)溫度漂移的補(bǔ)償就是在組成惠斯登電橋的四個(gè)電阻中，在相應(yīng)的橋臂上串、并聯(lián)上一定阻值大小的電阻，用以平衡因四個(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變化的溫度漂移。0T,即為 、 之間的零點(diǎn)漂移；010V???1由于 ， ,將（～）式分別對(duì)應(yīng)代入（）式中，并將其5PR?.2SR?中的 用 近似， 用 近似，化簡(jiǎn)可得：i ()iT （）2210()() 044SSPPRTRVIdId????以同樣的方法對(duì)（ ）式進(jìn)行化簡(jiǎn)的： （ ）2022SPRId???聯(lián)立（）、（）兩式組成方程，解得 、 的值如下：PSR （ ）21002()SVRIdT???????? （）10()4P而根據(jù)惠斯登電橋可知，整個(gè)電橋在溫度為 、 時(shí)的等效電阻 、 可分別近1T01BR0似為： , ；因而，在溫度分別為 、 時(shí)，電橋在補(bǔ)償前恒流源供電1()BRT?0BR?時(shí)的電橋輸入端電壓（簡(jiǎn)稱橋壓） 、 分別可用以下式子表示:1BRV0；1Id?0BRId?則（）、（）兩式可分別化為： ()22100002 1()44BRSVVRIdTId??????????????? ()21010()44BRPI??從公式可以看出，在恒流源供電下，對(duì)于待補(bǔ)償?shù)膫鞲衅?，只需測(cè)出傳感器補(bǔ)償前在溫度 、 時(shí)橋壓 、 和零點(diǎn)輸出電壓 、 ，即可根據(jù)公式（ ）和1T01BRV01V0（）計(jì)算出補(bǔ)償電阻 、 的大小。則靈敏度必然隨溫度的上升而下降， 引起靈敏度溫度漂移。當(dāng)溫度升高 時(shí)，傳感器滿量程凈輸出為：T? ())1()1(00TRTGS??????式中： 為擴(kuò)散電阻的溫度系數(shù)，一般為 ； 為熱敏電阻網(wǎng)絡(luò)溫度系數(shù)。2()POUT1()P21傳感器的零位溫度系數(shù)主要由力敏電阻全橋四個(gè)橋臂電阻的不對(duì)稱和各