温度补偿的方法

温度补偿的方法：1 电桥补偿法：采用惠斯通电桥的板桥或全桥电路 优点：简单，方便，在常温下补偿效果好. 缺点：在温度变化梯度较大的条件下，很难做到工作片与 补偿片 处于温度完全一致的情况，因而影响补偿效果2 应变片的自补偿法： 敏感栅丝由两种不同温系数或膨胀系数相反的金属丝窗帘组成，当温度变化时，产生的电阻变化或附加应变为零或相互 抵消，这种应变片称自补应变片。调整R1和R2的比例，使温 度变化时产生的相互抵消，通过调节两种敏感珊的长度来控制应 变片的温度自补由于半导体材料对温度十分敏感，压阻式压力传感器的四个检测电阻多接为惠斯登电桥型，其有恒流和恒压两种工作方式假设半导体应变片电阻R的温度系数为a，灵敏度K的温度系 t数为p，加在传感器上的电压为V，则电阻值、灵敏度随温度in改变的表达式分别为：R=R（1+aT）（1）;K =K （1+p T）T 0 T 0则传感器输出为：V = (R/R ) V = K (1+jB T) eVout 0 in 0 in(3)式中，R基准温度时传感器的电阻值（初始值）；AR0压力引起的电阻变化；K基准温度时灵敏度;0e应变系数。由此式知，压力随温度的改变量和P的随温度的变化相同，具有较大负温度系数，温度系数为-0 002/ C -0 003/ C 。图1 给出了不同掺杂浓度下P型硅片的灵敏度系数随温度变化的曲im线肌图中，从a到e各条曲线对应的掺杂浓度递增。由图可 知， P 型应变电阻, 无论是轻掺杂还是重掺杂，其灵敏度系数均随温度的提高而逐渐减小。由于各应变片阻值不可能匹配，且应变片的电阻温度系数在03%/°C左右，会造成零点漂移电压。ypiA3图3压阻式压力怯感器信号处理电路设计1 1* -25-5UU50IUU图1 P型应变电阻的灵鹼度系数-温度特性曲线三、温度补偿原理与电路设计1、零位温漂补偿压阻式压力传感器的四个检测电阻多接为惠斯登电桥形式，其原理如图2 (a)所示。由惠斯登电桥原理可知，零位输出电压为：甩凡- %兔V十二国+耐馄+ %)out则常温下应使RR-RR=03，得零位输出为0。当外界温度为T2 41 3时，电桥零位输出变为：V '二out5)若R R -R R >0,则温漂为正；若R R -R R <0,则温漂为 负。故调节零位漂移的关键是改变rtrt或4RtRtt的大小。采用的 方法是在R上串联电阻R或者在R上并联电阻R,分别如图 2(b)、2(C)所示，则调节R、R阻值大小，可达到调节零位输 出的目的。R和R的阻值可由下面的公式求得。mn(1)求串联电阻R值m由电桥原理，则图 2(b) 中的输出电压为：V '二U 店;+耐尽+鸟(6)out电*因RR+R并令V =0，代入(1)式，计算可得:11 moutR =Rm4O(2)求并联电阻R值理在图2(c)中,nV '二 Uout因R J ，且V '=0,根据（6）式可得:3outR=n2、灵敏度温度补偿beim用整体电路温补的方法来对灵敏度温漂进行补偿,设计电路 如图3所示。图中，A和A构成差动放大器，将传感器的输出电 信号转变为差动电压,然后由A作为差动输入单端输出放大器, 4 将电压差信号变为对地输出的电信号。因传感器的输出电压灵敏 度漂移具有负温度系数，则用晶体管基极-发射极间电压v的负 be 温度特性来抵消它。同时，在A上的负反馈电阻上并联正温度 系数的热敏电阻rt，以达到用增益的正温度特性更好的弥补电桥 部分灵敏度负温度特性的目的。3、整体性能设计由于在零位补偿中，实际传感器的零位输出V 般不为0V， 不符合RR=RR的假设，故需在图3的处理电路的A4正相输入 2 41 3端接入一个补零位电阻，才可以将零位和温漂一起补回来。调节 VP改变其阻值大小，使输出电压值经跟随器A输入到A的反向345端，可以消除零点漂移的影响。因流经VP的电流不恒定，所以3 转换的电压也很多情况下不恒定，因此必须接入集成运放器 A，3im在本实验的电路中，集成运放器采用高集成、阻抗高的LM324，并且差动电压需满足R/R=R/R，以保证该电路仅放大7 10 8 11差动电压。实验中，电源电压为15土 10%VDC20 ±10%VDC，电阻阻值的相对偏差W0.6%,灵敏度温度系数在0001/°C -0003/C之间，差动放大器的增益在4倍100倍之间，过压 为15倍满程，工作温度在-40°C80C之间。四、实验结果本实验随机选取3个CYG19T型压阻式压力传感器，并分别记 为a#、b#、c#进行温度补偿调试。在不同的实验温度下，对 如b#、c#零位和灵敏度的温度系数分别作了记录，结果数据如表1。为了补偿计算和验证补偿的有效性，试验应在全温区内取5个以 上的温度点数据。根据测试结果，通过上面公式，即可计算有关 补偿电路中各元件数值。志1M2-4060-4060昭1时口-51.70.S1.3恥 iorg-3.3-2.90.5-14060O60g ltf'i'C)-6.52.21.11.4欢x 1泊匸)-4.3-3.20.9-12<160期60-5.51.811.25恥 iorg-3.7-2.50.6-1.1注：必为零位温度系殳纹；呂为灵敏度锻度系数五、结论实验结果表明，笔者设计的新型电路可有效对压阻式压力传 感器进行温度补偿，使CYG44型压阻式压力传感器在(-4060) C 全温区内的热零点漂移与热灵敏度漂移达到了优于±2X10 -4的 优化补偿结果。并且，该方法简单易行、精度高、调节方便，尤 其适用于微型压阻式压力传感器的零位温度补偿，且易实现批量 化生产，因此市场应用价值广泛。比Pt； AS3S3比TJAC'裁考电压OFFSETFCir恒流源供电的全桥差动电路电桥的输出为电桥的输出电压与电阻变化成正比，与恒流源电流成正比， 但与温度无关，因此测量不受温度的影响。THTU卜一页返回2.温度漂移及其补偿温度变化而变化，将引起零漂和灵敏度漂移串、并联电阻 串联二极管扩散电阻值随温度变化 压阻系数随温度变化VD零 漂 灵敏度漂移零位温漂 灵敏度温漂串联电阻起调零作用 并联电阻心起补偿作用