压力传感器的温度补偿

毕业论文课题名称压力传感器的温度补偿分析

分院/专业机械工程学院/机电一体化技术

班级机电1051

学号1001043522

学生姓名兵

指导教师：新春

2013年5月20日

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摘要

压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器。

我们知道，晶体是各向异性的，非晶体是各向同性的。某些晶体介质，当沿着一定方向受到机械力作用发生变形时，就产生了极化效应；当机械力撤掉之后，又会重新回到不带电的状态，也就是受到压力的时候，某些晶体可能产生出电的效应，这就是所谓的极化效应。科学家就是根据这个效应研制出了压力传感器。

但是随着工作环境温度的不断变化，会导致体管参数发生变化，将会引起不稳定的静态工作点，电路的动态参数不稳定和温度漂移（包括零点漂移和灵敏度漂移）。最简单的方法就是保持工作环境温度的恒定，当然，这种要永远达不到的。所以本文就针对温度漂移问题展开分析。对于不同的压力传感器采用不同的温度补偿方法，使其达到预期的效果。

关键词：压力传感器、温度、补偿

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Abstract

The pressure sensor is the most commonly used one kind of sensor in industrial practice, and we usually use the pressure sensor is mainly made of the use of piezoelectric effect, the sensor also known as piezoelectric sensor.

As we know, the crystal is anisotropic, non crystal is isotropic. Some crystal medium along a certain direction, when subjected to mechanical stress deformation occurs, produces the polarization effect; when the mechanical force is removed, will return to the uncharged state, when it is under pressure, can produce electricity effect of some crystals, which is called polarization effect. The scientist is developed according to the effect of pressure sensor.

But with the continuous change of the environmental temperature, will cause the body tube parameter changes, will cause the static working point is not stable, dynamic parameters of the circuit unstable and temperature drift (including zero drift and sensitivity drift). The simplest method is to maintain a constant temperature working environment, of course, this requirement is never reach. So this article aims at the problem of temperature drift analysis.

The temperature compensation method is different with different pressure sensors, to achieve the desired effect.

Keywords:pressure sensor, temperature, compensation

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目录

第1章绪论 (1)

1.1本课题研究的目的和意义 (1)

1.2 压力传感器的发展概况 (2)

1.2.1 压力传感器的发展历程 (2)

1.2.2 压力传感器国外研究现状 (3)

1.2.3 压力传感器的发展趋势 (4)

1.3 传感器的常用术语 (4)

1.4 传感器的技术特点及环境影响 (7)

第2章压力传感器的原理 (9)

2.1 压力传感器的基本原理 (9)

2.1.1 半导体的压阻效应 (9)

2.1.2 压力传感器的原理及结构 (10)

2.1.3 压力传感器的特性指标 (11)

2.2压力传感器温度漂移产生的机理 (14)

第3章压力传感器的温度补偿 (16)

3.1温度补偿的技术指标 (16)

3.2补偿方式简介 (17)

3.2.1部补偿 (17)

3.2.2外部补偿 (17)

第4章总结 (26)

辞 (27)

参考文献 (28)

附录 (29)

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第1章绪论

1.1本课题研究的目的和意义

传感器被广泛应用在各种工、农业生产实践中，所有生产过程和科学研究要获取信息都要通过其转换为易传输与处理的电信号。但是大多数传感器的敏感元件采用金属或半导体材料。它的静特性与环境温度密切相关。在实际工作中，由于传感器工作的环境温度变化比较大，而且温度变化引起的热粉出比较大，这些原因将会带来较大的测量误差；同时，温度变化也影响零点和灵敏度值的大小。从而影响到传感器的静特性，因此必须采取一定的措施来减少或消除温度变化带来的影响，即必须进行温度补偿。

在传感器的应用中，为使传感器的技术指标及性能不受温度变化影响而采取一系列具体技术措施，称为温度补偿技术。通常传感器都是在标准的温度(20±5)℃下进行标定，但工传感器的工作环境温度也可能从零下几十度上升到零上几十度。传感器由很多环节组成，特别是由金属材料和半导体材料制作而成的敏感元件，它的静特性与温度有非常密切的关系。信号调理电路的电阻、电容等元件特性几乎不随温度变化发生改变，必须采取措施来消除或减弱温度变化对传感器特性造成的影响。

硅桥式压阻压力传感器因为它的优点突出，在压力传感器中被应用最多，但是在实际的使用中，因为制造工艺、使用环境等条件的影响，造成了传感器的出现测量误差，这种误差是我们希望尽可能减小的，因此误差的补偿是传感器领域中很重要的一个容。根据传感器不同的种类和传感机制，其误差来源也不尽相同，进行误差补偿的关键点也有所不同。硅桥式压阻压力传感器由于半导体材料本身固有的温度依赖性，其输出呈现一定的温度特性，在温度变化比较大的环境下，它的应用就会受到限制。为了提高测量精度，扩大这类传感器的应用环境，研究它的温度补偿问题就非常有必要了。

当前这类传感器的温度补偿的分析一般可分为部补偿和外部补偿两种。部补偿是通过设计传感器的结构、完善制造工艺、控制敏感材料特性等方式来减小温度对他的影响。而外部补偿的方式多种多样，外部补偿又可分为硬件补偿和软件补偿两种。目前使用的各种温度补偿，各自在复杂程度、经济性、补偿效果等方面也各有优缺点。最近几年对于补偿电路的要求越来越高，补偿的选取最重要的一点就是要结合整个传感器系统及补偿对象的特性来选择最高效、最合适的方式。