传感器测量电路中温度补偿方法及原理分析

罗艳芬

（南昌航空大学信息工程学院, 江西南昌,330063 ）

1 惠斯通电桥压力传感器电路的温度补偿

1.1 惠斯通电桥压力传感器电路的零位温漂

图1 惠斯通电桥压力传感器测量电路

1.2 惠斯通电桥压力传感器电路的零位温漂补偿原理

图2 并联电阻补偿法

图3 串联电阻补偿法

2 霍尔传感器测量电路的温度补偿

霍尔传感器是基于霍尔效应的一种磁敏式传感器。根据霍尔效应原理，半导体材料通电后形成载流子，有磁场存在时，产生的洛仑磁力使载流子向材料横向两侧偏转并集聚，就会在横向两侧形成一个电场[4]。这个电场力和洛仑磁力相反，阻碍载流子继续堆积，当霍尔电场力增大到与洛仑磁力相等时，材料横向两侧就建立起一个稳定的电压。形成霍尔电势[6]。根据这一原理制成了霍尔传感器，当霍尔传感器控制电流和环境温度一定时，霍尔电势和磁感应强度成正比。当环境温度一定时，霍尔电势与控制电流和磁场的磁感应强度乘积成正比，如图4 所示，将霍尔半导体薄片置于磁场B中，在薄片控制电极通以电流I，在垂直于电流和磁场的方向上产生霍尔电势UH：UH=K HIB，通过测量霍尔电势的大小，霍尔传感器已经广泛应用于电磁、压力、加速度、振动等测量领域。

图4 霍尔传感器测量电路

霍尔材料都是半导体性质的，由于半导体材料的电阻率、迁移率和载流子浓度等都随温度变化，使得霍尔传感器的内阻、输出电阻和霍尔电势等参数也随温度发生变化，从而使霍尔元件产生温差电压。如图5 所示，给出了几种典型霍尔材料内阻随温度变化的关系。在高精度或较高精度的测量中，必须对其进行温度补偿，削弱温度变化对霍尔传感器测量的影响。

图5 不同霍尔材料内阻与温度的关系

2.1 电源补偿

霍尔传感器电路中，可采用在电压源供电的电路中串联一个温度补偿电阻Rp1实现温度补偿，或者采用恒流源供电，温度补偿电阻Rp2与传感器并联同样可以实现温度补偿。温度补偿电路如图6、图7 所示。

图6 恒压源温度补偿电路

图7 恒流源温度补偿电路

2.2 利用输出回路的负载进行补偿

图8 所示霍尔传感器电路中，在输入端控制电流恒定，即输入电流随温度变化可以忽略的情况下，如果输出电阻随温度变化而发生变化同样会影响到霍尔传感器的输出uo。设霍尔传感器输出端等效电阻为 0R，输出电阻温度系数为β，霍尔元件灵敏度温度系数为α，选择合适的负载LR就有可能补偿这种温度影响，使得霍尔传感器在温度变化∆T时，输出uo保持不变，即在图8（b）中满足:

图8 输出回路负载补偿