【導讀】壓電效應制造而成的，這樣的傳感器也稱為壓電傳感器。我們知道，晶體是各向異性的，非晶體是各向同性的。某些晶體介質(zhì)，當沿著一定方向受到。機械力作用發(fā)生變形時，就產(chǎn)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)，據(jù)這個效應研制出了壓力傳感器。點，電路的動態(tài)參數(shù)不穩(wěn)定和溫度漂移。最簡單的方法就是保持。工作環(huán)境溫度的恒定，當然，這種要求是永遠達不到的。所以本文就針對溫度漂移問題展開分析。對于不同的壓力傳感器采用不同的溫度補償方法，使其達到預期的效果。

　　

【正文】 相對靈敏度 ()RSt的表達式如（ 33）所示 : 其中 0()St ――參考溫度 0t 下 的 輸出靈敏度。 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℃ ,靈敏度所對應變化的百萬分數(shù) 。根據(jù) 其定義可表示為 （ 35） ： 靈敏度漂移溫度系數(shù) TCS 的計算公式為 （ 36） ： 將 靈敏度漂移溫度系數(shù) TCS 得表達 式（ 35）中分子分母同時乘以壓力 P就得到 輸出電壓的溫度系數(shù) TCV (Temperature Coefficient of Voltage)，它與靈敏度漂移系數(shù) TCS 相等。它的計算公式為： 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 32 頁 第 17 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 補償方式簡介 由此可見 ，零點溫度漂移是影響傳感器精度的重要指標之一。目前 為止， 國外 比 較先進的補償模塊，如 MAX145 MCA7707等，雖然能夠把傳感器的零點溫度漂移補償?shù)谋容^ 小， 但 卻損失了傳感器的 一些 動態(tài)性能， 而 且 進行補償時需要編程序 ， 大大增加了工作的難度。相比之下， 我國 現(xiàn)在關于零點溫度補償?shù)姆椒ㄟ€不能做到模塊化，目前我國依舊 按照傳統(tǒng)的補償方法，根據(jù)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。 內(nèi)部補償 內(nèi)部補償 主要是針對零漂的 進行 補償 的。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 等造成的擴散電阻 的 阻值或擴散電阻的溫度系數(shù)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 。 針對這一問題我們 可以通過 改變 傳感器結(jié)構(gòu) ； 改進傳感器 制造的工藝， 提高 擴散電阻的對稱性；控制材料的特性，當 摻雜 濃度達到一定 高度時， 其電阻率 隨溫度的變化逐步 趨于穩(wěn)定，同時不同的擴散系數(shù)和結(jié)深也會影響到溫度敏感度，從而獲得較 低的溫度系數(shù)；此 外，考慮到金屬 材料 具有 比 較低的電阻溫度系數(shù)，因此在硅襯底上沉積金屬膜 也 同樣可以 使溫度系數(shù)降低 。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。 外部補償 外部補償?shù)姆绞?種類很多 ， 但 可以 概括為 軟件補償和硬件補償兩種。 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。因為 這種補償方法是在電橋上完成的， 所以 我們將這類方法稱之為“橋內(nèi)補償法”。 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。為 了 使電橋的靈敏度最大，將一對阻值增加的電阻對接。將另一對阻值減小的電阻也對接，如圖 31所示。 圖 31 恒流源供電補償原理圖 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 32 頁 第 18 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 2 4 2 3 321 1 4 124()2 2 1 RRK RR? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ?在圖 31所示的 補償法原理圖中， 調(diào)節(jié)電橋的零點輸出 是 通過串并聯(lián)于橋臂上的電阻來 實現(xiàn)的 。并 且 盡可能 使 零點輸出隨 著 溫度變化而產(chǎn)生的漂移控制在 最 小的范圍。其中，串聯(lián)電阻 SR 主要起 到 調(diào)零作用，并聯(lián)電阻 PR 主要起補償作用。 而 且 SR , PR 一般選用溫度系數(shù)非常小 的金屬膜電阻，故可以認為溫度系數(shù)為零。其關鍵在于準確的計 算出串并聯(lián)電阻 SR , PR 的大小。根據(jù) 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 。并推導補償電阻的計算公式。 (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(jīng)做了許多工作，大多數(shù)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(shù)。要測量 并計算這四個溫度系數(shù)十分麻煩，而且由于計算的公式中還出現(xiàn)了（ 1K） ,而 K又可能非常接近 1。 從計算方法的理論可知，兩個接近數(shù)相減是一種病態(tài)問題，如果在側(cè)量和計算這四個溫度系數(shù)時產(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。所以在公式中出現(xiàn) (1K)是該算法嚴重缺陷，應該重新尋求別的計算補償電阻的方 法。 （ 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。 根據(jù)電橋平衡理論可知，圖 31所示電橋在未接補償電阻時應該滿足： （ 3— 9） 其中 I為供電電流源的大小。而由于幾四個橋臂電 阻 的參數(shù)不匹配。 使 在零點時式 ((39)的 1 3 2 4 0R R R R??， 隨 溫度的變化而 發(fā)生改變 。 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?shù)哪康?。當給電橋串并聯(lián)上如圖 31所示的電阻進行補償時，要達到補償?shù)男Ч闺姌虻牧泓c溫度漂移為零， 就必須 滿足下列式子的要求 ： 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 32 頁 第 19 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ （ 3— 10） 其中 iR （ T ）―― 四個橋臂電阻在溫度 1T 的時的阻值 iR （ i=1,2,3,4） 。 iR ―― 四個橋臂電阻在溫度 0T 時的阻值 ( 1T ＞ 0T )。 iI ― ―恒流源 。 SR , PR ―― 一串、并聯(lián)電阻 。 同時，補償后的電橋的零點漂移也應該為零，則有： （ 3— 11） 為簡化計算 ，令 式中 R ――溫度為 0T 時橋臂電阻的平均值； ()RT ――溫度為 1T 時橋臂電阻的平均值。 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。 由于 PR ≥ 50R 、 SR ≤ ，將（ 3— 12 ~ 3— 15）式分別代入（ 3— 10）并且將其中的 iR用 R 近似， 化簡 可得： （ 3— 16） 以同樣的方法對（ 3— 9）式進行化簡可得： （ 3— 17） 聯(lián)立（ 3— 15），（ 3— 16）兩式組成方程，解得 SR , PR 的值如下： （ 3— 18） （ 3— 19） 而根據(jù)惠斯通電橋可知，整個電橋在溫度為 1T ， 0T 時的等效電阻 1BRR ， 0BRR 可分別近似認為 1BRR = ()RT ， 0BRR =R ；因而，在溫度分別為 1T ， 0T 時電橋在補償前恒流源供電時的電橋輸入端電壓（簡稱橋壓） 1BRV 、 0BRV 分別可以用以下式子表示： 1BRV =IRBR1 0BRV =IRBR0 則（ 3— 12），（ 3— 13）兩式可分別化為： （ 3— 20） （ 3— 21） 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 32 頁 第 21 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 從公式可以看出，在恒流源供電下，對于待補償?shù)膫鞲衅?，只需測量出傳感器補償前在溫度1T ， 0T 時橋壓 1BRV 、 0BRV 和零點輸出電壓 1V , 0V ，即可根據(jù)公式（ 3— 19）和（ 3— 20）計算出補償電阻 SR ， PR 的大小。 （ 3）恒壓源供電 若給電橋以恒壓源