扩散硅压力传感器热灵敏度漂移补偿方法的研究
一种硅压阻式压力传感器温度补偿算法及软件实现-基础电子
一种硅压阻式压力传感器温度补偿算法及软件实现-基础电子摘要：硅压阻式压力传感器的零点温度漂移和灵敏度温度漂移是影响传感器性能的主要因素之一，如何能使该类误差得到有效补偿对于提高其性能很有意义。
通过对硅压阻式压力传感器建立高阶温度补偿模型进行温度误差补偿是一种有效的方法，并在该模型基础上给出了拟合系数计算方法，并用Matlab GUI 软件来实现温度补偿系数计算，进而实现传感器输出的动态温补，达到了很好的输出线性性。
实验结果表明，补偿后传感器输出的非线性误差小于0.5% F.S.0 引言硅压阻式压力传感器利用半导体材料的压阻效应来进行压力测量，以其体积小、灵敏度高、工艺成熟等优点，在各行业中得到了广泛应用。
实际工程应用中由于硅材料受温度的影响，导致零点漂移和灵敏度漂移，因此温度补偿问题是提高传感器性能的一个关键环节。
目前压力传感器主要有两种温度补偿方法：硬件补偿和软件补偿。
硬件补偿方法存在调试困难、精度低、成本高、通用性差等缺点，不利于工程实际应用；利用数字信号处理技术的软件补偿能够克服以上缺点，也逐渐成为研究热点。
目前软件补偿的方法主要有：查表法、二元插值法、BP神经网络法、小波神经网络方法、曲线曲面拟合方法等。
查表法需要占用很大内存空间，而神经网络方法存在网络不稳定、训练时间较长的缺点不利于工程应用。
在研究各类软件补偿方法的基础上对压力传感器采用建立高阶温度补偿模型进行温度误差补偿，并且在Matlab GUI软件平台下实现高阶温度补偿系数的计算，通过实验对该方法进行验证。
1 高阶温度补偿模型的建立1.1 高阶温度补偿建模压力传感器输出非线性误差主要是由零点温度漂移和灵敏度温度漂移产生，零点温度漂移是由于电阻掺杂不同而导致电阻的温度系数不同，灵敏度温度漂移主要由于压阻系数易随温度的升高而减少。
针对温度对传感器输出影响，采用对零点温度漂移和灵敏度漂移建立高阶补偿模型进行统一补偿，补偿后压力值Press（T ）表示为温度传感器电压输出VT 和压力传感器电压输出VP 的函数：将Press（T ）补偿转换成曲面拟合问题，采用高阶多项式拟合方法构造曲面方程：式中系数矩阵中元素CI,J 是式（2）中VP VT 项对应系数。
基于PSO-LSSVM模型的扩散硅压力传感器的温度补偿
基于PSO-LSSVM模型的扩散硅压力传感器的温度补偿杨婷;卢文科;左锋【摘要】For the temperature drift of the silicon pressure sensor,an least squares support vector machine(LSSVM)temper-ature compensation model was put forward,which was based on particle swarm optimization(PSO).Through the two-dimensional experiment on silicon pressure sensor, a PSO-LSSVM model was built and the integrated temperature sensor AD 590 was taken advantage to monitor the environment temperature.Because the penalty factor and kernel parameter of LSSVM can affect the pre-diction precision directly,the optimal penalty factor and kernel parameter can be selected by PSO,which improves the defect of time consuming parameter selection.Experiment results show that after the PSO-LSSVM model,both the zero temperature coeffi-cient and the sensitivity coefficient decrease in an order of magnitude and the mean square error of predicted values and the cali -bration values is up to 10-6.PSO-LSSVM model realizes the temperature compensation and improves the prediction precision.%针对扩散硅压力传感器温度漂移的问题,文中提出了一种基于粒子群算法优化最小二乘支持向量机(PSO-LSSVM)的温度补偿模型.通过对扩散硅压力传感器做二维标定实验,利用AD590集成温度传感器监测实验环境温度,建立PSO-LSSVM模型.最小二乘支持向量机的惩罚因子和核函数的选取会直接影响到模型的预测精度,PSO-LSSVM模型利用粒子群算法优化最小二乘支持向量机模型的惩罚因子和核函数的参数,改善了传统的最小二乘支持向量机模型对参数选取耗时耗力且未必找到全局最优解的缺陷.实验结果表明,经该模型补偿后的零点温度系数和灵敏度温度系数都减小了一个数量级,且预测值与标定值的均方误差的数量级达到10-6,实现了温度补偿并改善了预测精度.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2017(000)012【总页数】5页(P25-29)【关键词】扩散硅压力传感器;温度补偿;粒子群算法;最小二乘支持向量机【作者】杨婷;卢文科;左锋【作者单位】东华大学信息科学与技术学院,上海 201620;东华大学信息科学与技术学院,上海 201620;东华大学信息科学与技术学院,上海 201620【正文语种】中文【中图分类】TH765;TP212;TM9350 引言扩散硅压力传感器是一种以半导体硅膜片为核心的压阻式传感器。
关于压力传感器零点热漂移的补偿分析
科技信息2008年第26期SCIENCE &TECHNO LO GY INFORMATION ●0.引言压阻式传感器是目前应用最广泛的传感器之一,它是利用半导体材料硅的压阻效应而制成的传感器,即在硅片的应变敏感部位扩散出阻值相同的条(称为扩散电阻),当压力作用于其上时,硅膜片产生应变,从而使电阻条变形输出一个与压力呈正比的线性化电压信号。
由于半导体物理性质对温度的敏感性,使压力传感器内部的扩散电阻值不但会随压力的变化而变化,也会随温度发生变化。
这种温度变化导致压力传感器产生零点热漂移,使传感器的精度大大降低。
因此,零点热漂移的补偿已经成为压阻式压力传感器的一个重要的研究方向。
1.零点热漂移产生的原因设桥臂扩散电阻R 1~R 4的温度系数分别为α1~α4,这些温度系数因薄层电阻不同而异。
当表面掺杂浓度高时,薄层电阻小,温度系数亦小,反之,温度系数增大。
如果温度变化为"t,那么桥臂扩散电阻的阻值变化为R it =R i (1+αi "t)(i=1～4)(8)由于传感器工艺上的原因,如加工尺寸,掺杂浓度及均匀性,掺杂层厚度等,使电桥的各个桥臂扩散电阻的温度系数难于完全相同,因此,在不加压时电桥输出(即零点输出)会失衡,并且这一状态会随温度变化而变化,不可避免的要产生零点热漂移。
如果适当提高表面掺杂浓度,可以减小温度系数,进而减小零位漂移。
但是,过高的杂质浓度会降低传感器的灵敏度。
一般零点热漂移系数用来表示:K 0=U 0(T )-U 0(T 0)(T -T 0)U N (T 0)-U 0(T 0"#)×100%FS 0C (9)式中,U N (T 0)为在参考温度下满量程时的输出电压;U 0(T )和U 0(T 0)分别为在温度T 和参考温度T 0时的零点输出电压。
零点热漂移系数K 0不是一个定值,它在不同的温度区间有不同的值。
如图1所示为在一定电激励条件下压力传感器典型的输出电压与压力之间的关系。
检测技术实验3 扩散硅压阻式压力传感器、电容传感器、直流激励时霍尔传感器和反射式光纤位移传感器测量实验
上海电力学院检测技术实验实验八 压阻式压力传感器的压力测量实验一、实验目的了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理与方法。
二、实验仪器压力传感器、气室、气压表、分压器、差动放大器、电压放大器、直流电压表 三、实验原理扩散硅压力传感器的工作原理如图8-1，在X 形硅压力传感器的一个方向上加偏置电压形成电流i ，当敏感芯片没有外加压力作用，内部电桥处于平衡状态，当有剪切力作用时，在垂直于电流方向将会产生电场变化i E ⋅∆=ρ，该电场的变化引起电位变化，则在与电流方向垂直的两侧得到输出电压Uo 。
i d E d U O ⋅∆⋅=⋅=ρ （8-1） 式中d 为元件两端距离。
实验接线图如图8-2所示，MPX10有4个引出脚，1脚接地、2脚为Uo+、3脚接+5V 电源、4脚为Uo-；当P1>P2时，输出为正；P1<P2时，输出为负（P1与P2为传感器的两个气压输入端所产生的压强）。
图8-1 扩散硅压力传感器原理图图8-2 扩散硅压力传感器接线图四、实验内容与步骤1． 按图8-2接好“差动放大器”与“电压放大器”，“电压放大器”输出端接数显直流电压表，选择20V 档，打开直流开关电源。
2． 调节“差动放大器”与“电压放大器”的增益调节电位器到适当位置并保持不动，用导线将“差动放大器”的输入端短接，然后调节调零电位器使直流电压表20V 档显示为零。
3． 取下短路导线，并按图8-2连接“压力传感器”与“分压器”。
4．气室的活塞退回到刻度“17”的小孔后，使气室的压力相对大气压均为0，气压计指在“零”刻度处，将“压力传感器”的输出接到差动放大器的输入端，调节Rw1使直流电压表20V档显示为零。
6．实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。
实验九扩散硅压阻式压力传感器差压测量一、实验目的了解利用压阻式压力传感器进行差压测量的方法。
二、基本原理压阻式压力传感器的硅膜片受到两个压力P1和P2作用时，由于它们对膜片产生的应力正好相反，因此作用在膜片上是△P=P1-P2，从而可以进行差压测量。
实验一扩散硅压阻式压力传感器的压力测量实验
实验一扩散硅压阻式压力传感器的压力测量实验实验目的：1. 熟悉扩散硅压阻式压力传感器的工作原理和特性。
2. 了解扩散硅压阻式压力传感器的使用方法和注意事项。
3. 利用扩散硅压阻式压力传感器进行压力测量实验。
实验器材：1. 扩散硅压阻式压力传感器2. 数字万用表3. 压力泵4. 接线板、导线等实验原理：扩散硅压阻式压力传感器是利用扩散硅作为敏感元件的压力传感器。
当扩散硅受到外界压力作用时，会产生微小的形变，从而改变扩散硅的电阻值。
通过电路对电阻值的变化进行放大和处理，最终转换成电压信号作为输出，实现压力的测量。
实验步骤：1. 将扩散硅压阻式压力传感器连接到接线板上，注意仔细阅读连接图并正确连接。
2. 将数字万用表连上扩散硅压阻式压力传感器的输出端口，选择电压测量档位，并将数显切换为直流电压。
3. 将压力泵连接到扩散硅压阻式压力传感器的压力输入端口，打开压力泵。
4. 按照设定步骤开始进行实验，观察和记录压力泵的压力输出值以及扩散硅压阻式压力传感器的电压输出值。
5. 在测量结束后，关闭压力泵，并将扩散硅压阻式压力传感器从电路中拆开。
实验结果分析：通过扩散硅压阻式压力传感器测量实验，我们能够得出被测压力值和输出电压值之间的关系。
由于具有较好的灵敏度和稳定性，扩散硅压阻式压力传感器被广泛应用于压力测量领域，如航空、采矿、化工、医疗等领域。
注意事项：1. 在进行实验前，必须确认设备和电路是否连接正确，避免短路或其他故障发生。
2. 在使用压力泵时，应注意安全防范措施，避免压力泵爆炸等危险事件发生。
3. 在电路连接和处理信号时，应注意干扰和噪声的影响，保证测量精度的准确性。
4. 在实验过程中，如有异常情况发生应及时停止实验，并排除故障，确保实验结果可靠有效。
实验二扩散硅压阻式传感器模块d1
实验二扩散硅压阻式压力传感器实验模块2.1实验目的：实验 2.1.1：了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和方法。
工作原理：是指利用单晶硅材料的压阻效应和集成电路技术制成的传感器。
单晶硅材料在受到力的作用后，电阻率发生变化，通过测量电路就可得到正比于力变化的电信号输出。
压阻式传感器用于压力、拉力、压力差和可以转变为力的变化的其他物理量（如液位、加速度、重量、应变、流量、真空度）的测量和控制。
转换原理：在具有压阻效应的半导体材料上用扩散或离子注入法，，形成4个阻值相等的电阻条。
并将它们连接成惠斯通电桥，电桥电源端和输出端引出，用制造集成电路的方法封装起来，制成扩散硅压阻式压力传感器。
平时敏感芯片没有外加压力作用，内部电桥处于平衡状态，当传感器受压后芯片电阻发生变化，电桥将失去平衡，给电桥加一个恒定电压源，电桥将输出与压力对应的电压信号，这样传感器的电阻变化通过电桥转换成压力信号输出。
压阻效应:当力作用于硅晶体时，晶体的晶格产生变形,使载流子从一个能谷向另一个能谷散射,引起载流子的迁移率发生变化，扰动了载流子纵向和横向的平均量，从而使硅的电阻率发生变化。
这种变化随晶体的取向不同而异，因此硅的压阻效应与晶体的取向有关。
硅的压阻效应不同于金属应变计（见电阻应变计），前者电阻随压力的变化主要取决于电阻率的变化，后者电阻的变化则主要取决于几何尺寸的变化（应变），而且前者的灵敏度比后者大50～100倍。
实验 2.1.2：了解利用压阻式压力传感器进行差压测量的方法。
2.2实验设备和元件：2.2.1 实验设备：实验台所属各分离单元和导线若干。
2.2.2 其他设备：2号扩散压阻式压力传感器实验模块，14号交直流，全桥，测量，差动放大实验模块，数显单元20V，直流稳压源+5V，+_12V电源。
2.3实验内容：2.3.1扩散压阻式压力传感器一般介绍：单晶硅材料在受到外力作用产生极微小应变时（一般步于400微应变），其内部原子结构的电子能级状态会发生变化，从而导致其电阻率剧烈变化（G因子突变）。
硅压阻传感器的智能温度补偿研究
２ ２年 ４ 月 ０１
传 感 技 术 学 报
Ｃ Ｎ Ｅ Ｊ ＲＮＡ ＥＮ ＯＲＳ Ａ ＨＩ ＥＳ ＯＵ Ｌ ＯＦ Ｓ Ｓ ＮＤ Ａ Ｔ Ｃ ＵＡ ＯＲ Ｔ Ｓ
Ｖｏ ． ５ Ｎｏ ４ １２ ．
Ａｐ ． ０１ ｒ２ ２
Ｓ ｌ ｏ ｅ ｏ ｅ ｉｔ ｅ Ｓ ｎ ｏ ’ ｎ ｅ ｌ ｅ ｔＴｅ ｐ ｒ ｔ ｒ ｍ ｐ ｎ ａ ｉ ｎ ｉ ｃ ｎ Ｐｉｚ ｒ ｓｓｉ ｅ ｓ ｒＳ Ｉ ｔ ｌ ｇ ｎ ｍ ｅ ａ ｕ ｅ Ｃｏ ｉ ｖ ｉ ｅ ｓ ｔｏ
会受到环境 因素 （ 要是 温 度 ） 主 的影 响 ， 是存 在 一 总 定的非线性 ， 际传 感器 的输入 和输 出关系可表示 为 实
程， 每一个 温度 点 的补 偿 时 间将 近 １ｈ 补偿 多个 温 ， 度点 将耗 大量 的时 间 。对 多个 传 感 器进 行 补 偿 时 ，
Ａ ｉ ｎ 电压表读 取 。 ｇ ｅｔ ｌ
１６ ． ７￣１ ０“
，
故硅压 阻传感 器 的灵敏度 系数 为 ＝
ｒ ７ Ｅ一７ ． ２ ４～１９ ６ 因此 Ｋ ５ Ｋ ４． ｓ ０ ｏ～１０ ｏ 即硅 压 ０Ｋ ，
阻传感器 的灵 敏度 系数 是金 属应 变计 的灵 敏 度 系数
上位 机通 过 串行 接 口对 ＭＡ １５ 行 操 作 并 Ｘ ４ ２进
ＨＵ ｉ ｏ ｉ ， Ｉ Ｃｈ ｎ Ｇ ａ ｇ ｏ ｇ Ｌａ ｌ ｎ Ｌ Ｕ ｅ ， ＡＩ Ｇｕ ｎ ｈ ｎ
（ ． ｃｏｌｆＭｅｈ ｎｃｌ ｎ ｒ ｉｏ ｓ ｕ ｎ Ｅ ｇｎｅｎ ， ｉ ｎＵ ｉ ｒｔ ｏ ｅ ｎ ｌ ｙ Ｘ ’ １０ ８ Ｃ ｉａ １Ｓｈｏ ｏ ｃａ ｉ ｄＰｅ ｓ ｎＩ ｔ ｍｅｔ ｎ ｉ ｒ ｇ Ｘ ’ ｎｖ ｓｙ ｆＴｃ ｏ ｇ ， ｉ ｎ７０ ４ ， ｈｎ ； ａａ ｃｉ ｎ ｒ ｅｉ ａ ｅ ｉ ｈ ｏ ａ
简述压力传感器零点漂移的解决方法
简述压力传感器零点漂移的解决方法作者：于娟来源：《科学与技术》 2019年第3期摘要：压力变送器因其独特的优势，在工业生产中应用普遍。
其作为检测传送装置，无论精确度，还是灵敏度都非常高，而且稳定性好，线性度优良，价格低，应用领域广。
文章从多个方面论述压力传感器工作特性和零点漂移情况，深入探讨压力传感器零点漂移具体解决方法。
关键词：压力传感器；零点漂移；补偿方法前言：现阶段，研发压力变送器时，信号传送多通过压阻式扩散硅压力传感器实现。
由于技术方面的桎梏，外部温度变化会对压阻式压力传感器产生影响，以至于发生零点漂移情况。
传感器生产过程中，这种情况很难规避，因而，需要采用相关技术手段，研究压力传感器零点漂移情况，并进行温度补偿。
1压力传感器工作特性和零点漂移压力传感器不仅能够感受压力信号，还能够依据特定规律，转化压力信号，使其以输出电信号器件或装置形式存在。
它的主要构成元素是压力敏感元件和信号处理单元。
参照测试压力类型，能够把压力传感器细分为表压传感器、差压传感器、绝压传感器三类。
其中，压阻式压力传感器工作原理为在基体材料商吸附金属电阻应变片，机械形变会对应变电阻产生影响，使电阻值发生变化，发生电阻应变效应。
1.1压阻式压力传感器静态特性无论静态灵敏度、线性度，还是零点漂移都属于压力传感器静态性能指标。
静态灵敏度。
通常指经测量后的静态灵敏度传感器，由单位变化量引起的输出变化量。
该性能指标非常关键。
选择这一指标时，不仅要对传感器测量范围进行综合考量，还要对抗干扰能力进行兼顾。
传感器内部环境特殊，敏感元件的选择切忌盲目，需注重灵敏度情况。
其二，线性度。
从理论层面考量，传感器静态特性呈直线，但受内外部各类因素影响，其实测输入、输出关系并非如此。
线性度通常被认为是当校准特性曲线与某一参考直线不吻合情况下的最大值。
零点漂移。
当传感器输入、环境温度处于不变状态时，时间因素会对输出量产生影响，使其发生变化[1]。
零点漂移发生原因是传感器内部温度变化或者各环节性能缺乏稳定性。
扩散硅压阻式压力传感器实验报告
扩散硅压阻式压力传感器实验报告一、实验目的本次实验的目的是通过对扩散硅压阻式压力传感器的研究，掌握其工作原理、特点和应用范围，并通过实验验证其性能指标。
二、实验原理1. 扩散硅压阻式压力传感器的工作原理扩散硅压阻式压力传感器是利用硅材料在外加电场下产生变形的特性来测量被测物体所受压力大小的一种传感器。
当被测物体施加一定大小的压力时，它们会在传感器表面产生微小变形，这种变形会影响到硅片上薄膜电阻值的大小，从而使得输出电信号发生变化。
2. 扩散硅压阻式压力传感器的特点（1）精度高：由于扩散硅压阻式压力传感器采用了先进制造技术和精密校准方法，因此其精度非常高。
（2）灵敏度高：由于硅材料具有较好的弹性和刚度，因此扩散硅压阻式压力传感器对被测物体所受小范围内的压力变化非常敏感。
（3）稳定性好：扩散硅压阻式压力传感器采用了先进的温度补偿技术，因此其在不同温度下的测量结果非常稳定。
3. 扩散硅压阻式压力传感器的应用范围扩散硅压阻式压力传感器广泛应用于汽车、航空航天、机械制造、医疗仪器等领域。
例如，在汽车制造中，扩散硅压阻式压力传感器可以用于测量发动机油路和燃油路的油压；在医疗仪器中，扩散硅压阻式压力传感器可以用于测量人体血液和气体等生物参数。
三、实验步骤1. 准备工作（1）检查实验设备是否完好无损，并按照实验要求进行连接；（2）检查被测物体是否符合实验要求，并将其放置在实验台上。
2. 连接电路将扩散硅压阻式压力传感器与电源和示波器连接起来。
其中，电源可以为恒流源或者恒压源，示波器用于观察输出电信号。
3. 施加压力将被测物体放置在扩散硅压阻式压力传感器上，并施加一定大小的压力。
此时，传感器会产生微小变形，导致输出电信号发生变化。
4. 观察实验结果通过示波器观察输出电信号的变化情况，并记录下实验结果。
根据实验结果，可以计算出被测物体所受的压力大小。
四、实验结果分析本次实验中我们使用了扩散硅压阻式压力传感器来测量被测物体所受的压力大小。
扩散硅数字化压力变送器补偿技术
700 0.12721 0.09 0.13168 0.063 0.12802 0.045 0.12396 0.018 0.12313 0.081
要求它与校准曲线 之间的最大偏差尽可能的小，校准曲线与该直线的最大偏差 称为零基准线性度。
送器，其压力输入 Pmin = 0，Pmax = 700kPa，目标输出电压为 Vout min = 0.5V，Vout max = 4.5V。采用 3 个温度点补偿 0，20，
准曲线的起点一致，均为零基准点（T0，U0），故有：
U0 = a +k⋅T0 即：a = U0 - k⋅T0
（5）
根据最小二乘原理可得：
N
∑[(Ui − U0 ) − k(Ti − T0 )](Ti − T0 ) = 0
i=0
（6）
补偿算法采用最佳拟合直线的算法。 1、小二乘法拟合直线补偿 如果实际校准曲线有 N 个测试点，对应的输入输出数据
五、总结
700 4.502 0.5 4.502 0.05 4.502 0.05 4.502 0.05 4.503 0.075
采用数字电路对扩散硅压
25 0 0.500 0.00 0.500 0.0 0.501 0.025 0.501 0.025 0.502 0.05
力传感器进行补偿的方法和技
700 4.501 0.025 4.502 0.05 4.502 0.05 4.502 0.05 4.501 0.025
700 4.520 0.5 4.524 0.6 4.520 0.5 4.524 0.6 4.472 -0.7
-10 0 0.528 0.7 0.524 0.6 0.484 -0.4 0.520 0.5 0.524 0.6
700 4.540 1.0 4.544 1.1 4.548 1.2 4.544 1.1 4.540 1.0
压力传感器温漂特性研究及补偿电路的设计
电子设计工程Electronic Design Engineering第28卷Vol.28第24期No.242020年12月Dec.2020收稿日期：2020-02-18稿件编号：202002078作者简介：雷武（1995—），男，甘肃定西人，硕士研究生。
研究方向：电路与系统。
传感器是用来测量不同物理和化学参数的设备。
不同类型的传感器用于测量不同的物理和化学参数。
利用半导体材料的压阻效应制作的压力传感器称为压阻式压力传感器，也称为扩散硅压力传感器[1]。
该类传感器在使用过程中必须和被测物体接触才能得到结果，因而容易受到环境温度的影响，导致传感器的输出信号会产生温度漂移现象。
这主要是由于半导体材料的物理性质对温度的敏感性造成的[2-4]。
因此，对压力传感器进行温度补偿的设计一直是研究的热点[5-7]。
许多基于软件的数值算法被用于压力传感器的温度补偿[8-11]。
这些软件技术通常是利用微控制器或嵌入式上位机等设备来实现方案。
随着IC 技术的进步，这些处理器的成本显著降低，但使用集成芯片的模拟信号调理电路的成本仍然更低。
另外，由于计算过载导致的一些数值方法会导致显著的测量延迟，这在传感器是闭环反馈控制系统的一部分时压力传感器温漂特性研究及补偿电路的设计雷武，朱平（中北大学仪器与电子学院，山西太原030051）摘要：压力传感器的输出会受到温度的影响。
文中从理论上分析了在恒压供电和恒流供电条件下压力传感器随温度变化的输出特性，通过实验测量了在不同温度下压力传感器的输出大小。
实验结果表明，对比两种供电方式下传感器的输出，恒流供电时压力传感器输出更加趋于稳定。
但是压力传感器的输出仍然存在温漂，对此，提出了一种简单的补偿电路，采用NSA2860芯片进行温度补偿，通过对比补偿前与补偿后的温度实验，使得压力传感器的输出误差从2.14%降低到了0.52%。
关键词：压力传感器；恒压源；恒流源；温度漂移；补偿电路中图分类号：TP206文献标识码：A文章编号：1674-6236（2020）24-0174-04DOI：10.14022/j.issn1674-6236.2020.24.036Research on temperature drift characteristics of pressure sensor and design ofcompensation circuitLEI Wu ，ZHU Ping（School of Instrument and Electronics ，North University of China ，Taiyuan 030051，China ）Abstract:The output of the pressure sensor is affected by temperature.In this paper ，the output characteristics of pressure sensors with temperature changes under the conditions of constant voltage power supply and constant current power supply are theoretically analyzed.The output sizes of pressuresensors at different temperatures are measured experimentally.The experimental results show thatcompared with the output of the sensors under the two power supply modes ，the output of the pressure sensor becomes more stable under constant current power supply.However ，there is still temperature drift in the output of the pressure sensor.To this end ，a simple compensation circuit that uses the NSA2860chip for temperature compensation is proposed.By comparing the temperature experiments before and after compensation ，the output error of the pressure sensor is 2.14%reduced to 0.52%.Keywords:pressure sensor ；constant voltage source ；constant courrent source ；temperature drift ；compensation circuit--174是不允许的[12]。
传感器零点温度漂移补偿方法研究现状综述
传感器零点温度漂移补偿方法研究现状综述我们把传感器在额定电压下，未受输入信号时的输出（一般为电压值）称为传感器的“零点”。
零点输出的企业标准一般控制在满量程输出电压的百分之一。
我们又把传感器零点随时间不断变化的现象，称为传感器的“零点漂移”[1]。
传感器广泛应用于各种工农业生产实践中，一切科学研究和生产过程要获取信息都要通过其转换为易传输与处理的电信号。
但大多数传感器的敏感元件采用金属或半导体材料，其静态特性与环境温度有着密切联系。
实际工作中由于传感器的工作环境温度变化较大，又由于温度变化引起传感器的热输出较大，将会带来较大的测量误差；同时，温度变化影响零点大小，继而影响到传感器的静态特性，所以必须采取措施以减少或消除温度变化带来的影响，即必须进行零点温度补偿。
一、零漂产生原因传感器零点产生漂移的原因很多。
如对压力传感器来说，桥路中元件参数本身就不对称；弹性元件和电阻应变计的敏感栅材料温度系数，线胀系数不同，组桥引线长度不一致等综合因素，最后导致传感器组成电桥后相邻臂总体温度系数有一定差异，当温度变化时，相邻臂电阻变化量不同，从而使电桥产生输出不平衡，即产生了零点漂移[2]；对智能传感器，时漂——即对系统而言，随着时间的增加，相当于对系统进行老化处理，这样，系统的结构特征就要发生变化，从而产生漂移。
温漂——受温度影响而引起的零点不稳定[3]。
可见，温度的影响是产生零点漂移的最主要因素，也是最难控制的。
以压力传感器零点温度漂移为例，零点温度漂移是衡量压力传感器质量的一个重要性能指标，一般零点温度漂移系数用K 0来表示：C FS T U T U T T T U T U K N ︒⨯---=/%100)]()()[()()(00000000 （1） 上式中，)(0T U N 为参考温度下满量程时的输出电压；)(0T U 和)(00T U 分别为温度T 和参考温度T 0时的零点输出电压。
由于热敏电阻制造工艺的不一致性，温度零点漂移系数K 0不是一个定值，它在不同的温度区间有不同的值。
扩散硅压力传感器灵敏度温度归一化补偿算法
图 １ 传 感器 原 理图
Ｆ ｉ ｇ ． １ Ｓ ｃ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｄ ｉ ａ ｇ ｒ ａ ｍ ｏ ｆ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ， ｉ ｔ ｉ ｓ ｍａ ｉ ｎ ｌ ｙ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｗ ｏ ｒ ｋ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｕ ｓ ｅ ｄ ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ｏ ｎ ｐ ｉ ｅ ｚ ｏ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ｉ ｖ ｅ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｓ ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ
度补偿原理 图如 图 １ 、２ 所示 。
半 导体微 机械加 工技术 的发展使 得硅压 力传感器 的性 能 日益提高 ，但是 由于半导 体材料 的温度特性 使得传 感器
的 温度 误差 一直存 在。对 于扩散硅压 阻式压力 传感器 ，环
Ｅ
境 温度 的变化会 相应地 引起传 感器桥臂 电阻 的变化 ，这种 变化会 导致传感 器零点 输 出和灵 敏度输 出也 随温度 的变化 而变化 。对于零 点温度 影响 的补 偿 已经 较为成熟 ，但是对
ｔ ｅｍｐｅ ｒ ａｔ ｕｒ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｅｎ ｓ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｉ ｎ ｏ ｕｒ ｃ ｏ ｍ ｐａ ｎｙ ．Ａｆ ｔｅ ｒ ｌ ｏ ｎｇ －ｔ ｅ ｒ ｍ ｅ ｘ ｐｌ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎ ａｎ ｄ ｅ ｘ ｐｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ，ｗｅ ｄ ｅ ｖ ｅｌ ｏｐ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｅ ｎｓ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
Ｋｅ ｙ ｗ ｏｒ ｄｓ ： ｄ ｉ ｆ ｆ ｕ ｓ ｅ ｄ ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ｏ ｎ ｐ ｉ ｅ ｚ ｏ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ｉ ｖ ｅ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ；ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｅ ｎ ｓ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ；ｎ ｏ ｒ ｍａ ｌｉ ｚ ｅ ｄ
压力传感器零点漂移的解决方法浅析
科技视界Science&Technology VisionScience&Technology Vision科技视界1绪论1.1变送器发展现状变送器作为重要的基础自动化仪表被广泛应用于工业现场的传送与检测过程。
回顾变送器的发展历程,大致经历了以下几个阶段:(1)起初生产的变送器工作原理是大位移,这一时期的变送器的精确度很低,而且重量较大。
(2)进入上世纪50年代产生了基于力平衡的差压变送器,这种变送器比大位移式变送器精确度要高,但是存在易受现场干扰等技术缺点。
(3)第三个阶段出现的变送器其特点是采用新型的材料,比之上几代的变送器精确度得到了改善。
(4)到了20世纪90年代,随着电子技术的迅猛发展,变送器的技术性能得到极大提高,并向智能化方向发展。
1.2国内外压力传感器发展现状及发展趋势相对于国外,我国对压力传感器的发展起步较晚,较之美国、日本、德国等老牌电子产业大国,我国压力传感器不论从性能还是水平,都有一定的差距。
从目前各个国家的研究情况及市场需求来看,压力传感器的发展主要集中在以下几个方面:(1)着重研发适用于高温作业的压力传感器:这类传感器以新型半导体材料为膜片的压阻式压力传感器为代表。
(2)以微机械加工为特点的压力传感器得以发展:这一类压力传感器有着较高的线性度,通常制作成微型、甚至是超微型传感器并广泛应用于医学领域的器官数据采集中。
(3)以热零点漂移为代表的补偿问题受到关注:在传感器的应用过程中,一直存在传感器的线性度等受到温度影响而发生漂移的问题。
未来的传感器发展的趋势必定是朝着“五化”前进,即小型化、集成化、智能化、系列化、标准化。
2压力传感器的工作特性及其零点漂移2.1压阻式压力传感器的静态特性指标压力传感器主要有以下几种静态性能指标:(1)静态灵敏度传感器被测量的单位变化量引起的输出变化量称为静态灵敏度,是重要的性能指标。
它可根据传感器的测量范围、抗干扰能力等进行选择;特别是对传感器中的敏感元件,其灵敏度的选择尤为关键。
扩散硅压力传感器的高精度误差补偿算法
传感 器 是一 种 用 于 物 理量 测 量 的 器件 或 装 置 ，
成 的 压 阻式传 感 器 ． 有 分辨 率 高 、 态 响应 好 、 具 动 易 于 向集 成化 智 能化方 向发 展等 特点 。随着硅 微机 械 加 工 技术 的不 断进 步 ， 阻式 压 力 传感 器 得 到 了迅 压 速 的 发展 ， 为 了 目前 使 用最 广 泛 的 一种 压 力传 感 成 器 ，在 工 业 过 程 控 制 系 统 中 也 有 大 量 的 使 用 ， 如 ＡＢ Ｆ ｘ ｏｏ等公 司的压 力 变送 器 均使 用 扩散 硅 Ｂ、ｏ ｂ ｒ 压 力传 感 器 。可 是 ， 由于 制造 工 艺 以及 扩 散 硅本 身
ｍｅ ｎ ｓ ｂ ｓ ｄ Ｓ ｈ ｔ ｔ ｅ ｉｐ ｔ ｐ ｅ ｓ ｒ ｎ ｅ ｅ ａｕ ｅ ｓ ｎ ｏ ｓ ｔ ｃ ｉｖ ｅ ｏ ｐ ｉ ｇ ｉ ｌ ｏ ｅ ｓ — ａ ｓ ｍｕ ｔ ｅ ｕ ｅ Ｏ ｔ ａ ｈ ｎ ｕ ｒ ｓ ｕ ｅ ａ ｄ ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｅ ｓ ｒ ｏ ａ ｈ ｅ ｅ ｄ ｃ ｕ ｌ ．Ａ ｓｍｐ ｅ ｅ ｍｐ ｎ ａ ｎ
压 力 与 温 度 进 行 解耦 ， 而 实现 对 压 力传 感 器 输 出的 有 效 补 偿 ， 而得 到 准 确 可 靠 的 压 力 从 进
测 量 值 。文 中分 析 了一 般 扩 散 硅 压 力 传 感 器 的误 差 组 成 ， 对误 差提 出 了一 个 简单 而 又 高 针
精度 的补 偿 模 型 ， 立 了有 效 算 式 ， 后 通 过 实例 验 证 了算 法 的 正 确 性 ， 精 度 可 达 到０１ 建 最 其 ． ％
Ｆ Ｓ以 下 。
关键 词 ： 扩散 硅 压 力传 感 器 ； 温度 ； 线 性 ； 差 补 偿 ； 量 程 非 误 满
基于pso-bp模型的扩散硅压力传感器温度补偿
Vol.45 No.11 November, 2019
doi: 10.11857/j.issn.1674-5124.2018120086
基于 PSO-BP 模型的扩散硅压力传感器温度补偿
崔萌洁， 卢文科， 左 锋
收稿日期: 2018-12-20；收到修改稿日期: 2019-01-24 作者简介: 崔萌洁（1995-），女，新疆昌吉州人，硕士研究生，专业方向为传感器技术。 通信作者: 卢文科（1962-），男，陕西西安市人，教授，博士生导师，主要从事声表面波、小波变换、传感器理论及技术研究。
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中国测试
2019 年 11 月
中图分类号: TP212
文献标志码: A
文章编号: 1674–5124(2019)11–0095–06
Temperature compensation of diffused-silicon pressure sensor based on PSO-BP
CUI Mengjie, LU Wenke, ZUO Feng (College of Information Science and Technology, Donghua University, Shanghai 201620, China)
0 引 言
扩散硅压力传感器是一种以半导体硅膜片为基
础将压力信号转换为电信号的测量装置，被广泛应
用于生产生活的各个领域，它具有安装方便、抗干
扰能力强、稳定性好、分辨力高等特点。
在国内，学者们根据该传感器的工作原理，通
过设计以 8 位微处理器为核心的高稳定数控恒流 源[1]、开发新型数字温度补偿系统[2]，设计信号调理 电路[3] 等手段提高其工作的性能以及测量的精确
扩散硅压力变送器的温度修正方法
扩散硅压力变送器的温度修正方法高准确度的扩散硅压力变送器的测量结果，通过在软件及硬件中各采取相应的技术手段来实现。
在硬件方面，除了有合理先进的原理设计外，还选取高性能、高分辨率的器件来完成模拟功能；软件在设计时，需要考虑对压力测量和电流输出这两部分分别进行温度修正。
温度修正方法有温度特性公式法、线性插值法等，为了保证有更好的测量准确度，本设计采用线性插值法进行温度修正。
1、电流输出部分温度修正在没有进行温度修正的前提下，DA器件（AD5421）温度对电流输出的影响为0.3%/10℃，主要是由DA芯片本身的温度特性导致。
本设计采用线性插值进行电流输出的温度误差修正。
在整个温度范围内，取4个温度点，每个温度点分别采集5个电流点数值，将这些数值以表格的形式存储在仪表里，需要时，根据实时温度进行电流提取，解算出实时电流值。
具体方法是首先得到当前的温度值，其次根据当前压力计算出理论电流输出，最后在当前温度纵轴线上找到理论电流点，该点横轴对应的电流值就是当前实际电流。
为了提高补偿准确度，可以增加温度采集点和电流采集点。
2、压力测量部分温度修正在整个工作温度范围内取n个温度点，每个温度点下分别采集不同压力下的AD值，将这些值按序列表存入仪表中。
实际使用时，根据当前温度下读取到的AD值，采用线性插值法进行压力还原。
线性插值法温补时的温度点数和压力采集点数决定最后的测量准确度。
温度点数越高，压力点数越密集，计算结果准确度就越高。
本设计采用5个温补点，8个压力点的温补参数密度进行修正。
具体方法是首先读取当前温度AD值，根据该AD值在“温度点-温度AD值对应关系”表格中的位置推算出当前的温度值；其次采集并读取当前的压力AD值（AD7799 转换值）；最后在“压力点-压力AD值与对应温度三者之间关系”表格中，在当前温度的纵向轴线上，查找压力AD值对应点，然后在AD对应点的横轴查找，得到当前的实际压力。
扩散硅压力传感器的高精度误差补偿算法
扩散硅压力传感器的高精度误差补偿算法朱龙俊【期刊名称】《自动化与仪表》【年(卷),期】2012(27)3【摘要】扩散硅压力传感器的传输特性受温度影响较大,必须采用某种手段将传感器的输入压力与温度进行解耦,从而实现对压力传感器输出的有效补偿,进而得到准确可靠的压力测量值.文中分析了一般扩散硅压力传感器的误差组成,针对误差提出了一个简单而又高精度的补偿模型,建立了有效算式,最后通过实例验证了算法的正确性,其精度可达到0.1％FS以下.%The transmission characteristics of diffusion silicon pressure sensor were influenced by temperature. In order to compensate the pressure sensor output effectively,and then get accurate and reliable measured pressure,some means must be used so that the input pressure and temperature sensors to achieve decoupling. A simple compensation model with high-accuracy was proposed to reduce the error based on the error composition analysis of the general diffusion silicon pressure sensor,and then also an effective formula. Finally the correctness of the algorithm was verified,and the accuracy of the algorithm was less than 0.1% FS.【总页数】4页(P53-56)【作者】朱龙俊【作者单位】上海师范大学天华学院机械工程系,上海201815【正文语种】中文【中图分类】TP212【相关文献】1.高精度扩散硅压力传感器的温度补偿 [J], 张秀珍;杨魁2.扩散硅压力传感器误差补偿方法的研究（一） [J], 尹永观;葛军3.扩散硅压力传感器误差补偿方法的研究（二） [J], 尹永观;葛军4.硅压阻式压力传感器的高精度补偿算法及其实现 [J], 聂绍忠5.高精度谐振式硅微压力传感器的信号采集与误差补偿技术研究 [J], 潘敏杰;王岩;周国辉因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
半导体扩散硅压阻式压力传感器实验
半导体扩散硅压阻式压力传感器实验一、实验目的了解扩散硅压阻式压力传感器的工作原理和工作情况。
二、基本原理压阻式传感器的工作机理是半导体应变片的压阻效应，在半导体受力变形时会暂时改变晶体结构的对称性，因而改变了半导体的导电机理，是的它的电阻率发生变化，这种物理现象称之为半导体的压阻效应。
一般半导体一般采用 N 型单晶硅为传感器的弹性元件，在它的上面直接蒸镀扩散出多个半导体电阻应变薄膜（扩散出 P 型或 N 型电阻条）组成电桥。
在压力（压强）作用下弹性元件产生应力，半导体电阻应变薄膜的电阻率产生很大的变化，引起电阻的变化，经电桥转换成电压输出，则其输出电压的变化反映了所受到的压力的变化。
三、需用器件与单元主、副电源、可调直流稳压电源、差动放大器、电压/频率表、压阻式传感器、压力表及加压配件。
四、实验步骤：1、了解所需单元、部件、传感器的符号及在仪器上的位置。
2、按图 5-2 将连接，注意接线正确，否则容易损坏元器件，差放接成同相反相均可。
3、按图 5-3 接好传感器供压回路，传感器具有两个气咀，上面的是高压咀，下面的是低压咀，当高压咀接入正压力时（相对于低压咀）输出为正电压，反之为负。
将引压胶管接到高压咀（或低压咀），将加压皮囊上单向调节阀的锁紧螺丝拧紧，使压力表示数指示为 0Kpa。
图 7-3 供压回路安装示意图4、开启主、副电源，可调直流稳压电源选择±4V 档，电压/频率表量程切换开关置 2V 档，调节差放调零旋钮，使电压/频率表示数为零，记下此时电压/频率表读数。
轻按加压皮囊，注意不要用力太大，每隔 5Kpa 记录电压/频率表读数并填入下表 5-1：压阻输出与电压的关系3、根据所得的结果计算系统灵敏度 S=ΔV/ΔP 关系曲线，找出线性区域。
6、当作为压力计使用时，请进行标定。
标定方法：拧松皮囊上的锁紧螺丝，调差放调零旋钮使电压表的读数为零，拧紧锁紧螺丝，手压皮囊使压力达到所需的最大值 40Kpa，调差动放大器的增益使电压表的指示与压力值的读数一致，这样重复操作，零位、增益调试几次直到精确为止。