【正文】 （ 3）恒壓源供電 若給電橋以恒壓源供電，以。 在式（ 310）， ，因而對(duì)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(yè) 第 20 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 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。 SR , PR ―― 一串、并聯(lián)電阻 。 iR ―― 四個(gè)橋臂電阻在溫度 0T 時(shí)的阻值 ( 1T ＞ 0T )。 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６捎趲姿膫€(gè)橋臂電 阻 的參數(shù)不匹配。 （ 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。 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(duì)誤差就可能會(huì)很大，從而使計(jì)算出的補(bǔ)償電阻阻位誤差較大，這就會(huì)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。 (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)。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(duì)兩種供電方式進(jìn)行比較 分析 。 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。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。將另一對(duì)阻值減小的電阻也對(duì)接，如圖 31所示。 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。 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(duì)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。但 是 需要注意的是，摻雜濃度 過高不僅會(huì)導(dǎo)致晶格缺陷的增加， 還會(huì) 導(dǎo)致 傳感器的靈敏度 降低。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 。相比之下， 我國(guó) 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(guó)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。它的計(jì)算公式為： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 32 頁(yè) 第 17 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 補(bǔ)償方式簡(jiǎn)介 由此可見 ，零點(diǎn)溫度漂移是影響傳感器精度的重要指標(biāo)之一。 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(duì)應(yīng)變化的百萬(wàn)分?jǐn)?shù) 。 從 表達(dá)式可以看出， 0K 是一個(gè)隨時(shí)間 發(fā)生 變化的值。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 。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 32 頁(yè) 第 16 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 3 章 壓力傳感器 的 溫度補(bǔ)償 溫度補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)指標(biāo) 在 上一章 中我們 已經(jīng) 介紹了壓力傳感器的兩種溫度漂移 :零位漂移和靈敏度漂移 ,這里 我們列 出 比較具體的 計(jì)算公式。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。 圖 26 壓力傳感器的典型輸出與輸入之間的關(guān)系 :當(dāng)溫度升高時(shí)，半導(dǎo)體內(nèi)部晶格散射變得更加顯著，價(jià)帶的電子也容易獲得能里躍遷到導(dǎo)帶，從而使載流子遷移率產(chǎn)生變化，因此四個(gè)橋臂電阻的阻值也會(huì)改變，我們?cè)O(shè)變化量為 tR? 。由圖可見， 0U 有一個(gè)變化范圍。當(dāng)壓力 P=0時(shí)的輸出電壓 0U 便是零點(diǎn)輸出電壓。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 32 頁(yè) 第 15 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 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。通常也可以規(guī)定為某個(gè)溫度范圍內(nèi)零點(diǎn)輸出占滿量程輸出的比例（177。 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。溫漂是指受溫度影響而引起的零點(diǎn)不穩(wěn)定。 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(duì)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(huì)產(chǎn)生誤差。因此，即使在額定壓力以上連續(xù)使用也不會(huì)被損壞。 8. 最大壓力范圍 最大壓力范圍是指?jìng)鞲衅髂荛L(zhǎng)時(shí)間承受的最大壓力，且不引起輸出特性永久性改變。也就是在最高和最低溫度之間，傳感器輸出符合規(guī)定工作特性的壓力范圍。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 32 頁(yè) 第 14 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 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。 通常長(zhǎng)期穩(wěn)定性描述傳感器的 穩(wěn)定性， 長(zhǎng)期穩(wěn)定性 是指在 常溫 下，經(jīng)過 很 長(zhǎng)的時(shí)間間隔，傳感器 能夠 保持原有性能的能力 ,可以用 表達(dá)式 （ 25） 表示。 在某些要求 傳感器 能長(zhǎng)期使用而又不能輕易更換或標(biāo)定的場(chǎng)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(zhǎng)時(shí)間的考驗(yàn)。 在選擇 傳感器 之前，應(yīng)對(duì)其使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的 傳感器 ，或采取適當(dāng)?shù)拇胧瑴p小環(huán)境的影響。影響 傳感器 長(zhǎng)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。 如圖 25所示 ， 特性曲線2相對(duì)于特性曲線 1,不僅發(fā)生了 靈敏度溫度漂移 ，而且還 發(fā)生了 零點(diǎn)溫度漂移 。 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。 4. 精度 精度也稱為靜態(tài)誤差，是指隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差同時(shí)出現(xiàn)時(shí)所表現(xiàn)出的合成誤差的最大值同測(cè)最上限的輸出值的百分比。這個(gè)輸人增量稱為傳感器的分辨力，該值相對(duì)于滿量程輸人值的百分比 ( )即為分辨率。而壓力傳感器的線性度是指在工作壓力范圍內(nèi)，傳感器輸出電壓與壓力之間直線關(guān)系的最 大偏離。當(dāng)被測(cè)量是單向量，而且對(duì)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(cè)量是多維向量，則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。因此，要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡員減少?gòu)耐饨缫氲膹S擾信號(hào)。因?yàn)橹挥?在靈敏度高時(shí)候 ，與被測(cè)量變化對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)的值才比較大，有利于信號(hào)處理。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 32 頁(yè) 第 12 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ynxdSd? 傳感器的靈敏度是指?jìng)鞲衅髟诜€(wěn)定工作狀態(tài)下，輸出信號(hào)的增量與被測(cè)輸入信號(hào)的增量之比，常用 S表示，即 (23)： （ 2— 3） 由 壓力傳感器的輸出電壓表達(dá)式可知，壓力傳感器的靈敏度表示單位輸入壓力下的輸出電壓。 壓力傳感器的特性指標(biāo) 壓力傳感器的特性指標(biāo)是評(píng)價(jià)壓力傳感器性能優(yōu)劣的根據(jù)，其數(shù)目繁多。 根據(jù)這種 特性，選擇 合適 的位置分 布電阻，使其接入電橋的 四臂中相鄰兩電阻在受力時(shí)阻值分別一增一減， 且增減的絕對(duì)值相等，形成全橋差動(dòng)橋路，示意圖如下 :