TECHNOLOGY AND INFORMATION
工业与信息化
科学与信息化2019年7月上 83
王鑫
珠海通用航空研发制造基地 广东 珠海 519040
摘 要 基于压阻效应的硅压阻式压力传感器因其输出灵敏度高而广泛用于各种压力测试场合。但压阻效应受温度影响较大，传感器的设计中必须设计相应的温度补偿方法来弥补其不足。本文主要阐述
一种基于电阻网络的硬件温度补偿方法，促进该方法在压阻传感器技术中的应用。关键词 硅压阻；传感器；硬件温度补偿；电阻网络 压阻式压力传感器广泛应用于石油化工，医疗，航空航天等领域，得益于压阻效应，使得传感器具有灵敏度高，响应时间短，稳定性好等特点。但对于温度场变化的压力测试，必须进行合理的温度补偿，才能克服压阻效应受温度影响较大而导致测量压力值误差较大的弊端。因此，掌握压阻式压力传感器测压原理，针对性设计温度补偿电路至关重要。
1 压阻式压力传感器原理
压阻式压力传感器的感压膜片上分布了四个半导体压敏电阻，四个电阻构成惠斯通电桥。外界压力的变化导致桥路电阻的变化，通过对变化的阻值标定来测量压力。图1为压敏电阻组
成的惠斯通桥路的压力传感器电路模型。
图1 传感器电路模型图
压力膜片受力后阻值与应力变化关系如下：
（1）
压力传感器电路式中，R 为桥臂电阻阻值，π为压阻系数，E 为弹性模量，l 为长度，υ为泊松比，G 为应变因子，ε为应变量。公式1中的G 主要由πd 额大小决定，即压阻系数的大小决定了电阻率的变化。2 传感器硬件温度补偿方法
压阻式压力传感器的压敏电阻受温度影响较大，影响传感器的压力温度特性体现在传感器的零点温漂和灵敏度温漂。最常用的方法是将对应的惠斯通桥臂进行串并联电阻，通过调节桥臂电阻的阻值和桥臂电阻的温度系数，进行传感器温补[1-3]。
串电阻对桥臂电阻的调节如下： （2）
（3）
联电阻对桥臂电阻的调节如下： （4）
（5）
2.1 零点温度补偿方法
假设对桥臂1进行串接电阻，对桥臂2进行并接电阻，则取当前温度和Δt 温度下零点温度应满足对臂电阻乘积相等的原则建立方程组如下：
（6）
（7）
联立方程即可求出串联电阻阻值Rc 和并联电阻阻值Rb 。2.2 灵敏度温度补偿方法
当以恒流源激励时，桥路输出电压为：
温度的变化导致压阻系数变化，而压阻系数影响传感器的灵敏度。且温度升高，压阻系数降低，灵敏度降低，反之则升高。为此，可设计受温度影响下与压阻系数相反的激励曲线来进行温度补偿[4-5]。
参考文献
[1] 刘鹏.压阻式压力传感器温度补偿方法实现的研究[D].天津：天津大学,2010.
[2] 彭成庆，毛良明，焦祥锟.基于ZMD31150的扩散硅传感器一体化设计及其应用[J].仪表技术,2017,(05):44-46.
[3] 乔立永，石成英，李进军.扩散硅压力传感器特性分析及其应用举例[J].仪器仪表用户,2007,(05):49-50.
[4] 王世清，姜彤，侯占民.单晶硅压力传感器温度漂移的补偿方法[J]. 传感器与微系统,2006,(25):33-39.
[5] 王敏，候卓，李勋.基于新型ICP 脉动压力传感器的信号调理电路设计与实现[J].计算机测量与控制,2014,(22):3365-3367.
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