压阻式压力传感器温度补偿技术的研究及应用

陈卓

摘要：压阻式压力传感器现如今广泛的应用在航空航海航空、石油化工、动力机械层面、生物医学、天气勘测等各个领域上，对于这些行业的发展具有着重要的意义。但是压阻式压力传感器一个巨大的缺陷就是它受温度的影响很明显，而且温度越低，压阻式传感器的精度就越难把握。本文根据现如今压阻式压力传感器在使用的过程中由于温度的变化而产生的误差进行了简要的分析，并介绍了几种温度补偿方法来提高压阻式压力传感器的精度，最后简要分析了每种方法的可适用性。

关键词：压阻式压力传感器;温度补偿;温度误差;应用

压阻式压力传感器是传感器的一种，它主要是由单晶硅材料和集成电路构成的，主要原理是利用单晶硅的压阻效应，这种材料在受到压力的作用时，它的电阻率就会发生变化，然后通过集成电路技术就可以得到压力和电信号的正比关系，进而得到传感器的工作信息。在传感器工作的过程中，经常会受到温度的影响，这就需要温度补偿技术来控制温度，以确保压阻式压力传感器的稳定工作。所以，现如今最应该做的事就是对温度补偿技术的研究和创新，提高压阻式压力传感器的工作效率。

一、压阻式压力传感器由于温度影响产生的误差

温度经常会对压阻式压力传感器在工作的过程产生较大的影响。由于压阻式压力传感器的精度特别的高，外界环境稍有变化就会影响传感器整体的工作过程，而最容易变化的外界环境因素就是温度，在工作的过程中压阻式压力传感器的自身温度也会不断升高，所以在工作的过程中经常会产生温度误差。由于这种压力传感器是靠单晶硅受到压力后产生电阻率的变化来完成工作的，又因为温度的改变会导致导体的电阻发生改变，所以传感器出现误差。在实际的工作过程中经常产生的两种误差，一个是零点温度误差，再有一个就是精度温度误差。

1、零点温度误差

零點温度误差，顾名思义，就是在压阻式压力传感器工作的过程当中传感器的零点受温度影响而产生的零点偏移，理论上的零点即传感器上刻度的零点和实际的偏移零点不符，导致在传感器工作时产生误差。由于温度的改变导致传感器上单晶硅的电阻发生改变，根据欧姆定理，加在传感器上的电压不发生改变，电阻变化就会产生电信号的改变，从单晶硅上传递出的电信号也会发生改变，所以在初始位置的刻度会发生偏移，导致零刻度线与传感器上指定的刻度线不能对齐，如果在使用前没有校正的话，就会对工作数值产生一个无法改变的误差。

2、精度温度误差

我们都知道，压阻式压力传感器的灵敏度十分灵敏，如果温度发生改变，对传感器的精度也会产生影响，这种影响比零点温度误差更为难控制，因为外界环境在时时发生改变，而且随着压阻式压力传感器的工作的进行它自身的温度也会升高，产生精度温度误差也是不可避免的。同样，精度温度误差也是由于温度的改变而导致电阻的改变，从而使精度改变，造成了误差。

二、压阻式压力传感器的温度补偿方法

由于压阻式压力传感器受温度的影响较大，所以在传感器工作的过程中需要控制周围温度，来保持压阻式压力传感器的正常工作，通过温度补偿方法可以较好的控制周围的和传感器自身的温度，或者是改变传感器本身的一些性质去改变温度的影响。最常用的两种方法有两种：硬件温度补偿方法和软件温度补偿方法。

1、硬件温度补偿方法

硬件温度补偿方法，即使用一些传感器之外的一些元件，来控制温度对压阻式压力传感器的影响。最常用的方法就是在单晶硅材料的电路上串联或并联上一个热敏电阻来控制压阻式压力传感器的电阻，使电阻在工作过程中能够保持正常的工作状态，来保证传出来的电信号是稳定的。根据温度的改变来算出在实际的工作过程中电阻究竟和标准电阻值偏离了多少来判断需要串联电阻还是并联电阻，并且根据数值来选择串并联的电阻。硬件温度补偿方法比较简单，而且便于操作。

2、软件温度补偿方法

顾名思义，软件补偿方法是利用计算机的帮助，将传给出来的电信号转化成数学信号来实时监控温度对压阻式压力传感器工作过程的影响，并且根据监控数值来进行适当的调整，将温度影响控制在最小，减小误差，提高压阻式传感器的工作效率。

现如今软件温度补偿方法主要有三种，第一种是通过电信号转化成数字信号，利用计算机来对传感器工作的全过程进行监控，并做出温度补偿;第二种是利用温度传感器对压阻式压力传感器进行检测，通过温度传感器上反映出的信号来进行温度补偿;第三种则是利用先进的科学技术，使用专用的数字芯片来完成温度补偿。软件温度补偿方法完美的实现了监控传感器工作的全过程和补偿温度对压阻式压力传感器产生的影响，提高了压阻式压力传感器的工作效率，对我国各行各业的发展有着重要的作用。

三、硬件温度补偿方法和软件温度补偿方法的比较

在压阻式压力传感器的温度补偿方法中最常用的两种方法就是硬件温度补偿方法和软件温度补偿方法，并且二者各有优缺点，下面对两种方法进行比较。

首先，硬件温度补偿方法具有着操作简单的优点，在临时补救时有着很重要的作用，但是由于压阻式压力传感器的零点偏移和精度偏移差异较大，所以调试过程复杂，而且对实行人员的水平要求较高，所以此方法不利于应用外大规模的传感器的使用中去。软件温度补偿方法有三种，第一种是利用计算机来监控，通过电信号转化成的数字信号来实现，这种方法完成的温度补偿的精度是最高的，但是这种补偿方法受很多因素影响，比如，计算机不易携带等因素;第二种是利用温度传感器来监控压阻式压力传感器的工作过程来完成温度补偿，这种方法可以适应各种环境和条件，但是在连接电路的过程比较复杂，而且会浪费较多的时间;第三种是利用数字芯片来实行温度补偿，这种方法的优点很多，精度高、成本较低和使用简单等优点使这种方法广泛应用在各行各业中。通过这几种方法的比较，各行各业应该大力投入使用数字芯片来完成压阻式压力传感器的温度补偿。

总结

现如今压阻式压力传感器广泛应用在各行各业，这就需要我们对更精确、更节约的温度补偿方法进行探究。本文首先对压阻式压力传感器产生的温度误差进行了分析，即零点温度误差和精度温度误差，并且阐述了这两种误差产生的原因，随后又简要介绍了压阻式压力传感器温度补偿的两种常用方法，介绍了两中常用方法的操作原理和手段，最后将这两种方法进行了优缺点的比较，并且提出了数字芯片温度补偿方法的优越性，推荐广泛使用。

参考文献

[1]张艳华，陈玉玲，赵爽，窦海峰.压阻式压力传感器温度补偿技术的研究及应用[J].电子测量技术，2017，40（05）：138-142+153.

[2]高艳. 压阻式压力传感器温补模型的分析与标定[D].东南大学，2016.

[3]孙艳梅. 压阻式压力传感器温度补偿方法研究[D].齐齐哈尔大学，2012.

（作者单位：陕西省计量科学研究院）