（畢業(yè)論文）溫壓力傳感器的溫度補(bǔ)償

1、摘 要摘 要壓阻式壓力傳感器是利用半導(dǎo)體材料硅的壓阻效應(yīng)制成的傳感器，具有靈敏度高，動態(tài)響應(yīng)快，測量精度高，穩(wěn)定性好，工作溫度范圍寬，易于小型與微型化，便于批量生產(chǎn)與使用方便等特點。因此，它是一種發(fā)展迅速，應(yīng)用廣泛的新型傳感器。壓阻式壓力傳感器的一個主要問題是溫度補(bǔ)償問題，由于溫度會對傳感器的靈敏度及測量精度產(chǎn)生很大的影響，在相當(dāng)程度上限制了壓阻式壓力傳感器的使用，對傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償顯的尤為重要。本文介紹了一種溫度補(bǔ)償方法的基本原理，其解決了微型壓阻式壓力傳感器溫補(bǔ)問題；詳細(xì)闡述了一種實用的整體補(bǔ)償電路,并從理論上導(dǎo)出了分析計算公式，最后給出傳感器整體的零位和靈敏度溫度系數(shù)在補(bǔ)償前后的對比情

2、況。關(guān)鍵詞：壓阻式壓力傳感器 溫度測量 整體溫度補(bǔ)償abstractpiezoresistive pressure sensor, be made of semiconductor silicon based on piezoresistive phenomenon ,has many characteristics of high sensitivity, quick response high measurement precision ,good stability ,wide working temperature range and being miniaturized and pr

3、oduced easily. it is a new type sensor developed quickly and used widely .piezoresistive pressure sensor always faces an important problem of temperature compensation which restricts its application ,because of temperature influence on sensors sensitivity and measurement precision. therefore ,it is

4、a significant project to research temperature compensation for piezoresistive pressure sensor. in this paper, a method of temperature compensation of the basic principles, the solution to a miniature piezoresistive pressure sensor warming problem; elaborate on the overall utility of a compensation c

5、ircuit, and analysis derived from the theoretical formula, given the sensor zero overall temperature coefficient and sensitivity in contrast to the situation before and after compensation.keyword: piezoresistive pressure sensor temperature measurement the overall temperature compensationi第一章 引言目錄45第

6、二章 引言第一章 引言1.1 課題背景隨著集成電路和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了以半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)為原理制成的半導(dǎo)體力敏傳感器 ，而其中的硅壓阻式壓力傳盛器因具有體積小、性能高、廉價等優(yōu)點得到了廣泛應(yīng)用。但利用擴(kuò)散技術(shù)形成電撟阻值易隨溫度改變，并且壓阻組件的壓阻系數(shù)具有較大的負(fù)溫度系數(shù)，這些易引起電阻值與電阻溫度數(shù)的離散，導(dǎo)致壓力傳感器的熱靈敏度漂移和零點漂移? 為此，采用設(shè)計了一種適用于壓阻式壓力一傳感器的整體溫度補(bǔ)償電路它具有補(bǔ)償精度高、穩(wěn)定性能好、調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點，可達(dá)到較為滿意的應(yīng)用結(jié)果。1.2壓力傳感器的發(fā)展歷史硅單晶材料優(yōu)良的壓阻效應(yīng)與完美的微加工技術(shù)相結(jié)合，被廣泛用于制備壓力傳感器

7、?，F(xiàn)以薄膜壓力傳感器為例來說明傳感器的發(fā)展過程。半導(dǎo)體傳感器的發(fā)展可以分為四個階段：1）發(fā)明階段(19471960)：這個階段主要是以1947年雙極性晶體管的發(fā)明為標(biāo)志。此后，半導(dǎo)體及設(shè)備的特性得到了廣泛應(yīng)用。史密斯(c.s.smith)于1945年發(fā)現(xiàn)了硅和鍺的壓阻效應(yīng)，即當(dāng)有機(jī)械力作用于半導(dǎo)體材料時，其電阻發(fā)生變化。依據(jù)此原理制成的第一個壓力傳感器是把硅和鍺應(yīng)變電阻片粘在金屬薄膜上，將力信號轉(zhuǎn)化為電信號進(jìn)行測量。此階段最小尺寸大約為1cm。2）基礎(chǔ)技術(shù)發(fā)展階段(19601970)：為提高傳感器的性能，應(yīng)變片被直接擴(kuò)散在硅杯的底面簿膜上。用硅杯代替金屬膜。這個階段也是“商業(yè)和市場發(fā)展的階段”

8、，即把技術(shù)研究變?yōu)閷嶋H應(yīng)用。此階段最小加工線度為0.5cm。3）批量加工階段(19701980)：采用選擇性的各項異性的化學(xué)腐蝕加工的工藝提高膜片的性能。由于腐蝕可以在整個表面進(jìn)行，因此，數(shù)百個傳感器膜片可以一批加工完成。這一階段類似于集成電路的制作。由于表面光刻技術(shù)的發(fā)展，加工尺寸十分精確，加之離子注入工藝的應(yīng)用使工藝水平進(jìn)一步提高。此階段最小加工尺寸為0.2cm。4）微機(jī)械加工階段(1980今)：微機(jī)械加工工藝適應(yīng)于結(jié)構(gòu)型傳感器，或線度在微米級(106)范圍的其它結(jié)構(gòu)。利用這一技術(shù)可以加工、蝕刻微米級的溝、條、膜,標(biāo)志著傳感器已進(jìn)入了微米階段。此階段標(biāo)志傳感器的最小尺寸為0.02cm。1.

9、3 國內(nèi)外壓力傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀 目前，壓力傳感器的研究主要集中在如下幾個方向：1）開發(fā)耐高溫的壓力傳感器：主要是以新型半導(dǎo)體材料（sic）為膜片的壓阻式力傳感器為代表。ziermann，rene和vonberg,jochen等人首先1997年報導(dǎo)了使用單晶型-sic材料制成的壓力傳感器，這種壓力傳感器工作溫度可達(dá)573，耐輻射。在室溫下，此壓力傳感器的靈敏度約為20.2mv/kpa；okojie,roberts和ned,alexandera等人1997年報導(dǎo)了可工作在500條件下的6hsic壓阻式壓力傳感器,它的滿量程輸出范圍(fso at 1000psi)可達(dá)40.66mv(23)和20.0

10、3mv(500)，線性度可達(dá)0.17%,電阻的溫度系數(shù)(tcr)為0.25%/(100)和0.05%/(500),tcgf(temperature coefficient of gauge factor)為0.19%/(100)和0.11%/(500)。 2)微機(jī)械加工的壓力傳感器卞要是以微機(jī)械加工為標(biāo)志的，線度大約在1-2mm左右的微型壓力傳感器，這種壓力傳感器由于體積很小，可以放置于人體的貢要器官(如:血竹、眼睛等)內(nèi)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)的采集。hachol, andrzej ;dziuban,janbochenek, andrzej 1996年報導(dǎo)了他們研制的用于測量眼壓的眼壓計，其膜片直徑為l

11、mm。在內(nèi)眼壓力(iop-intraocular pressure)為 60mm h g時，靜態(tài)輸出為40mv，靈敏度系數(shù)亦較高;marco, s和samitier, j等人于1997年也報導(dǎo)了使用極薄膜片構(gòu)成的高性能、用于生物學(xué)研究的壓阻式力傳感器，卞要用于血竹壓力測量。 3)溫度漂移的補(bǔ)償由于溫度是影響壓力傳感器線性度的卞要原因，溫度漂移效應(yīng)補(bǔ)償研究成為眾所關(guān)注的課題，近年來發(fā)表此方面的論文也比較多，歸納起來有兩大類:其一是利用雙惠斯頓電橋結(jié)構(gòu)對溫度漂移進(jìn)行補(bǔ)償，如:lee,young-tac和seo,hee-don等人提出的利用雙惠斯頓單臂電橋結(jié)構(gòu)補(bǔ)償法;hou ,chenggui提出的

12、雙電橋制成的壓力傳感器，利用雙電橋來改善壓力傳感器的靈敏度.消除零壓輸出，減小靈敏度溫度漂移已得到了實現(xiàn)等。其一是利用線性電壓激勵，使壓阻式力傳感器的靈敏度改變得以補(bǔ)償。gakkested,jakob;ohlckers,per不ii halbo,leif成功地實現(xiàn)了這一設(shè)想。對溫度變化引起的靈敏度和線性度漂移利用軟件或硬件進(jìn)行補(bǔ)償同樣取得了良好的效益4)利用壓阻效應(yīng)制成的加速度傳感器目前，用微機(jī)械加工工藝研制二維壓阻式加速度計成為主要的研究對象，此傳感器主要用于加速度測量。kwuon， kijin 和 park,sek wang運用sdb(silicon directbonding)技術(shù)和lp

13、cvd技術(shù)制成單品簿膜，利用此膜研制成了二維壓阻式加速度傳感器，根據(jù)各個方向壓力的變化來檢測二維加速度，并成功地消除了橫向加速度。原理是將輸出的溫度系數(shù)(tco-temperaturecoefficient of off set)轉(zhuǎn)化為x,y,z軸惠斯頓電橋的輸出量，在25-160范圍內(nèi)，x,y,z軸對應(yīng)值分別為:0-0.07%f.s.0.028-0.016%f.s.:0.007-0.004%f.s.。在室溫下，此二維壓阻式加速度計在x,y,z方向加速度的靈敏度分別為:0.06mv/v0.06mv/v:0.13mv/vo sim,jun-h+an:hahm,sung-ho等人利用一種有選擇性的

14、多孔硅技術(shù)和微機(jī)械加工手段，于1997年研制成功了一個八臂壓阻式加速度傳感器，其優(yōu)點是大大改善了由微小剪切壓力引起的影響。對于傳感器的較低靈敏度能通過半橋組成的四個輸出信號得以解決。這種傳感器的效能經(jīng)過實驗檢驗是獨具特色的。 5)數(shù)據(jù)的采集由于實際數(shù)據(jù)采集過程中會遇到各種不同的實驗環(huán)境，對實驗數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)也有不同的要求，在有些領(lǐng)域，由于條件所限，采用普通有線電纜引出信號是無法滿足要求或者跟本無法實現(xiàn)的。在這種試驗環(huán)境要求下，一個比較好的解決方案就是采用無線傳輸技術(shù)，將采集的數(shù)據(jù)通過無線鏈路發(fā)送到數(shù)據(jù)接收端，構(gòu)成無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。近兒年，隨著移動通信需求和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集量的增加，加之有線傳輸?shù)?/p>

15、費用日益增長，人們正逐漸認(rèn)識到在許多檢測領(lǐng)域采用無線傳輸?shù)谋仨毿浴６?，在過去的10年中，無線通訊領(lǐng)域取得了很大的進(jìn)展，這其中包括數(shù)字電路和射頻電路制作工藝的進(jìn)步、低功耗電路、高能電池以及微電子技術(shù)的采用。以上諸多方面的發(fā)展使移動通信設(shè)備更加靈巧、經(jīng)濟(jì)、可靠。同時，數(shù)字通信技術(shù)和數(shù)字調(diào)制技術(shù)的發(fā)展也發(fā)揮了很大的作用，特別是無線收發(fā)設(shè)備的單片模塊化，使無線通信網(wǎng)絡(luò)向更加經(jīng)濟(jì)、更加容易操作的方向發(fā)展。無線傳輸技術(shù)應(yīng)用于傳感器中可以解決傳統(tǒng)的傳感器系統(tǒng)因現(xiàn)場連線眾多而帶來的不便，并消除了各種隱患。 90年代后，我國將傳感器的研究放在重要位置上，尤其是高精度(0.05級以上)壓力傳感器。目前我國從事傳

16、感器生產(chǎn)的廠家有1300多家，所生產(chǎn)的產(chǎn)品種類僅有300余種(大約為傳感器種類的七分之一)，產(chǎn)量1億多只。由于眾多廠家規(guī)模小，設(shè)備落后，國家投入的資金不足目比較分散，因而與世界上大的傳感器廠家相比，科研水平落后5-10年，而生產(chǎn)水平落后10-20年，與世界上傳感器更新?lián)Q代的速度相比，落后兒個周期。從而導(dǎo)致品種不全，產(chǎn)量過低，僅滿足國內(nèi)需求的20%30%，雖說我國傳感器技術(shù)與發(fā)達(dá)國家相比還比較落后，但并不是說我國的傳感器的特性都不如國外的好。綜合近期發(fā)表的文獻(xiàn)，國產(chǎn)半導(dǎo)體壓力傳感器的特性參數(shù)有所提高。以矩形雙島膜結(jié)構(gòu)的6kpa量程微壓傳感器特性為例，非線性為sx 10-fs，分辨率優(yōu)于20pa，

17、過壓保護(hù)范圍大于20倍量程。對量程為100kpa的壓力傳感器，非線性、滯后、重復(fù)性均優(yōu)于sx 10-fs。硅一藍(lán)寶石、高溫硅壓力傳感器的工作溫度分別達(dá)到一50-3000c和0-4000c o壓敏器件的可靠性mttf己達(dá)到較好水平。元器件的品種增多，測壓范圍己拓展，己有微壓、表壓、高壓、絕對壓力、差壓等力敏元件及其配套儀表問世。1.4 壓阻式傳感器簡介在我的論文中所研究的是壓阻式壓力傳感器。壓阻式壓力傳感器是利用半導(dǎo)體材料硅的壓阻效應(yīng)制成的傳感器。單晶硅不僅是最廣泛使用的半導(dǎo)體材料，也是力學(xué)性能十分優(yōu)良的彈性材料。硅材料的單晶結(jié)構(gòu)使硅壓阻式壓力傳感器的遲滯極小，重復(fù)性極好;硅的壓阻系數(shù)較大，使用

18、溫度范圍較寬。這類傳感器隨著硅集成電路平面工藝的完善而得到高度的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛用作高靈敏度，高精度的微型真空計，絕對壓力計，流速計，流量計，聲傳感器，氣動程控器等。它在生物，醫(yī)療，航天，海洋工程，原子能等各種尖端科技和工業(yè)領(lǐng)域等都有著廣泛的用途。這類傳感器具有靈敏度高，動態(tài)響應(yīng)快，測量精度高，穩(wěn)定性好，工作溫度范圍寬，易于小型與微型化，便于批量生產(chǎn)與使用方便等特點。因此，它是一種發(fā)展迅速，應(yīng)用廣泛的新型傳感器。早期的壓阻傳感器是利用半導(dǎo)體應(yīng)變片制成的粘貼型壓阻傳感器，它的傳感組件是用半導(dǎo)體材料體電阻制成的粘貼式應(yīng)變片;20世紀(jì)70年代以后，研制出周邊固支的力敏電阻與硅膜片一體化的擴(kuò)散型壓阻

19、傳感器，它的傳感組件是利用集成電路工藝，在半導(dǎo)體材料的基片上制成的擴(kuò)散電阻。它易于批量生產(chǎn)，能夠方便的實現(xiàn)微型化，集成化和智慧化，因而它成為受到人們普遍重視并重點開發(fā)的具有代表性的新型傳感器。.1.5 壓阻式壓力傳感器的特點壓阻式壓力傳感器的最突出的優(yōu)點是靈敏度高、尺寸小、橫向效應(yīng)小、滯后和蠕變小，適于動態(tài)測量;其缺點是受溫度影響大，重復(fù)性較差。下面細(xì)化一下。優(yōu)點:*頻率響應(yīng)范圍寬，固有頻率很高。*體積小，可微型化。由于采用了集成電路的工藝方法，因而硅膜片敏感組件可做得很小。*精度高、靈敏度高。*由于壓阻式壓力傳感器無活動部件，所以它工作可靠、耐震、耐沖擊、耐腐蝕、抗干擾能力強(qiáng)以及可以在惡劣環(huán)

20、境下工作的優(yōu)點。缺點:*由于壓阻式壓力傳感器是用半導(dǎo)體材料制作的，受溫度影響較大，因此，在溫度變化大的環(huán)境中使用時，必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償。*制作工藝復(fù)雜。對研制條件要求高而嚴(yán)格，尤其是擴(kuò)散雜質(zhì)、燒結(jié)、封裝工藝等比其它傳感器要復(fù)雜的多，因而成本較高。傳感器技術(shù)發(fā)展的主要趨勢:小型化，集成化，智慧化。在集成電路部分制成一些微處理器，使得其具有記憶，思維，判斷，處理的能力。1.6 溫度補(bǔ)償?shù)囊饬x在對壓阻式壓力傳感器的研究方向中，包括開發(fā)耐高溫，及用于微機(jī)械加工的壓力傳感器，還有一個重要的研究方向是溫度漂移的補(bǔ)償，在實際應(yīng)用當(dāng)中，壓阻式壓力傳感器的確面臨著溫度補(bǔ)償問題。壓阻式壓力傳感器會受到溫度的影響，導(dǎo)

21、致零點漂移和靈敏度漂移，它來源于半導(dǎo)體物理性質(zhì)對溫度的敏感性。零位漂移是因為擴(kuò)散電阻阻值隨溫度改變而發(fā)生變化。擴(kuò)散電阻的溫度系數(shù)因薄層電阻不同而異。表面雜質(zhì)濃度高時，薄層電阻小，溫度系數(shù)亦小，反之，薄層電阻增加，溫度系數(shù)增大。由于工藝上的原因，難于使4個橋臂包阻溫度系數(shù)完全相同，因此，不可避免的要產(chǎn)生零位漂移。所以，適當(dāng)提高表面雜質(zhì)濃度，可以減小溫度系數(shù)，進(jìn)而減小零位漂移。但是，過高的雜質(zhì)濃度會降低傳感器的靈敏度。壓阻式壓力傳感器的靈敏度漂移是由于壓阻系數(shù)隨溫度改變而引起的。當(dāng)溫度升高時，壓阻系數(shù)減小，反之則增大。所以，當(dāng)溫度升高時，傳感器靈敏度降低。如果提高擴(kuò)散電阻的表面雜質(zhì)濃度，壓阻系數(shù)隨

22、溫度變化要小一些，但傳感器的靈敏度同樣會降低。因此，對壓阻式壓力傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償在實際應(yīng)用當(dāng)中顯得相當(dāng)重要。1.7 本論文的主要工作用微機(jī)電技術(shù)制造的半導(dǎo)體壓力傳感器有很多優(yōu)點，但其不足之處是有較大的溫度系數(shù)，特別對高溫壓力傳感器，這個問題更為嚴(yán)重，通常需要采取溫度補(bǔ)償?shù)拇胧?。本次畢業(yè)設(shè)計的主要工作是設(shè)計出能使壓力傳感器達(dá)到下列指針的溫度補(bǔ)償電路：溫度范圍：-40 +60oc，溫度漂移：t0）； i一恒流源； ,一串、并聯(lián)電阻;同時，補(bǔ)償后的電橋的零點漂移也應(yīng)該為零，則有: (3.3) 為簡化計算，令 ， ，式中 r溫度為t0時橋臂電阻的平均值； r(t)溫度為t1時橋臂電阻的平均值；在式（

23、3-3）中， 因而對其進(jìn)行泰勒展開得： 一般認(rèn)為50r，0.02r的傳感器才有補(bǔ)償價值，故將以上的泰勒展開式略去高次項得： (3.4)同理可得： (3.5) 又 (3.6) (3.7) 令 為補(bǔ)償前傳感器在溫度時的零點輸出； 為補(bǔ)償前傳感器在溫度時的零點輸出 即為,之間的零點漂移； 由于50r，0.02r，將（3.43.7）式分別對應(yīng)代入(3.2)式中，用其中的用r近似,化簡可得： (3.8)以同樣的方法對(3.1)式進(jìn)行化簡可得: (3.9)聯(lián)立(3.7),(3.8)兩式組成方程，解得，的值如下： 而根據(jù)惠斯通電橋可知，整個電橋在溫度為t1,t0時的等效電阻,可分別近似認(rèn)為：= r(t),

24、=r：因而，在溫度分別為t1,t0時，電橋在補(bǔ)償前恒流源供電時的電橋輸入端電壓(簡稱橋壓) 、分別可用以下式子表示:則(3.4)，（3.5)兩式可分別化為:從公式可以看出，在恒流源供電下，對于待補(bǔ)償?shù)膫鞲衅鳎恍铚y量出傳感器補(bǔ)償前在溫度t1,t0時橋壓、和零點輸出電壓v1，v0，即可根據(jù)公式(3-11)和(3-12)計算出補(bǔ)償電阻，的大小。（3）恒壓源供電 若給電橋以恒壓源供電，以如圖3.2所示的補(bǔ)償原理圖進(jìn)行分析。要使補(bǔ)償后電橋的零點溫度漂移為零，根據(jù)電橋理論同樣應(yīng)有： （3.14）其中vd為供電的恒壓源的大小，其余符號的意義與(3.2)中相同。同理，補(bǔ)償后的傳感器的零點漂移也應(yīng)該為零，即:

25、 根據(jù)與以上恒流源供電相似的公式推導(dǎo)方法，可以推導(dǎo)得恒壓源供電時，的計算公式： 對以上兩種不同供電方式作用的補(bǔ)償方法進(jìn)行比較可知:恒流源供電方式推導(dǎo)出來的補(bǔ)償電阻計算公式中的待測量、和v1，v0比較容易獲得，而在恒壓源供電時，其補(bǔ)償電阻計算公式(3.15),(3.16) 中的待測量r和r(t)在實驗中就比較難以獲得，且不利于批量化生產(chǎn)，因而在本文中我們采用第一種方式，即以恒流源供電來獲得補(bǔ)償電阻、的大小。用恒流源代替恒壓源供電還有利于減小靈敏度溫度漂移（在后面的電源分析中會給以證明）。（4）補(bǔ)償電阻的確定 串并聯(lián)電阻補(bǔ)償法中，補(bǔ)償電阻的接法達(dá)16種之多，雖然以上的推理是根據(jù)圖3.2所示的電阻連

26、接方式而來，但對于、其他連接方式，經(jīng)過上述同樣的簡化和推理方法，可以推理出同樣的公式，只是符號不同而已。所以不論、如何連接，我們都可以根據(jù)以上公式計算出、大小和符號，然后根據(jù)其符號(以上述推理確定的符號為正號)確定其應(yīng)連接的位置: 則； ； 0 則串于； 0 則串于。圖3.2恒壓源供電補(bǔ)償原理圖（5）補(bǔ)償電阻阻值唯一性的證明 從(3.1)，(3.2)兩式可以看出，用(3.11)，（3.12)兩式算出的補(bǔ)償電阻、應(yīng)該滿足下列方程組: 同理，用(3.16)，（3.17)兩式算出的、也應(yīng)該滿足上述方程組（3.18），方程組（3.18）可進(jìn)一步化為: (3.19) 其系數(shù)行列式為： 對于需要補(bǔ)償?shù)膫鞲?/p>

27、器，方程組（3.19）的右端不可能同時為零，所以，方程組是非齊次線性方程組，由于d0，根據(jù)線性代數(shù)的理論可知，該方程組的解是唯一的。由此可以得出結(jié)論:采用恒流源和恒壓源兩種方式供電的兩種法之中任意一種計算補(bǔ)償電阻、，其結(jié)果是相同的，且接上、以后，無論采用恒壓源供電還是恒流源供電，均能實現(xiàn)零點漂移補(bǔ)償和零點溫度漂移補(bǔ)償。3.2壓力傳感器的靈敏度補(bǔ)償技術(shù) 由半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)可知: (3.20)對于半導(dǎo)體而言，（1 + 2）/很小，而p/p很大，因而可以認(rèn)為: r/r=p/p=,靈敏度系數(shù) 由式3.20可得：,通過計算可知：只要滿足。則，即=0其中 電阻溫度系數(shù); 壓阻系數(shù)溫度系數(shù); 溫度為t時的壓

28、阻系數(shù);溫度為t時的擴(kuò)散電阻值;由溫度變化引起的電阻變化量: 由前面的敘述可知:擴(kuò)散電阻溫度系數(shù)與壓阻系數(shù)溫度系數(shù)是符號相反的，所以在恒流源供電的條件下，可以通過電阻的溫度系數(shù)來補(bǔ)償靈敏度溫度系數(shù)。當(dāng)電橋的擴(kuò)散電阻的表面濃度控制在一定的濃度時(或)在這兩個濃度條件下，采用恒流源供電，則由溫度引起的變化量r(t)與靈敏度系數(shù)變化量k(t)能夠相互補(bǔ)償，在生產(chǎn)中，只要將表面濃度控制合適，有80%的傳感器不經(jīng)任何補(bǔ)償，靈敏度溫度系數(shù)能控制在以， 基于在前文中我們采用恒流源供電的方法補(bǔ)償零點溫度漂移，所以在本文中我們對靈敏度溫度漂移的補(bǔ)償即采用以上敘述的工藝方法來實現(xiàn)，更進(jìn)一步的補(bǔ)償留待傳感器在應(yīng)用時

29、或制作成變送器時，用調(diào)理電路或軟件來實現(xiàn)。在傳感器的應(yīng)用中，還可以利用恒流源電流溫度特性對靈敏度溫漂進(jìn)行進(jìn)一步的補(bǔ)償。 如圖3.3所示，電橋的輸出可表給電橋以恒流源供電時示為: ,其中，則 （3.21） 式中為恒流源電流，為壓阻系數(shù)，e為彈性模量，為應(yīng)變量，通過實驗可以得到傳感器的靈敏度溫度系數(shù)，當(dāng)控制供電電流具有與傳感器符號相反、數(shù)值相等的溫度系數(shù)時，就可使vo不隨溫度而變化。圖3.4就是使用熱敏電阻網(wǎng)絡(luò)來改變供電電流以實現(xiàn)補(bǔ)償?shù)摹＠绾懔髟磍m234即具有正溫度系數(shù)，在應(yīng)用中可用來補(bǔ)償傳感器的靈敏度溫圖3.4利用熱敏電阻網(wǎng)絡(luò)改變供電電流若應(yīng)用中傳感器以恒壓源供電，則可以用在電源回路中串聯(lián)二

30、極管的方法進(jìn)行補(bǔ)償，如圖3.5所示。當(dāng)溫度升高時，傳感器靈敏度要降低，此時可適當(dāng)提高電橋的電源電壓，使電橋輸出不變，就可以達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康摹７粗疁囟冉档蜁r，傳感器靈敏度升高，如使電橋的電源電壓降低些，仍使輸出保持不變，即能達(dá)到補(bǔ)償目的。半導(dǎo)體二極管恰好具有這樣的負(fù)溫度特性(溫度每提高1，正向壓降要減小1.92.4mv)。在電源回路串上適當(dāng)數(shù)量的二極管即可達(dá)到靈敏度溫度補(bǔ)償?shù)哪康摹６O管的數(shù)量n由下式?jīng)Q定: (3.21)式中 極管pn結(jié)正向壓降的溫度系數(shù)，一般取值為一2mv/; 溫度變化范圍(); 電橋橋壓需要變化的數(shù)值用該方法進(jìn)行補(bǔ)償時，必須考慮到二極管正向壓降的閉值，硅管為0.7v，鍺管為0.

31、3 v，因此恒壓源供電電壓就稍加提高。 圖3.5二極管補(bǔ)償法與零點溫漂補(bǔ)償方法類似，在傳感器的應(yīng)用中，除了上述方法可以補(bǔ)償靈敏度溫漂外，亦可以使用壓阻式傳感器專用信號調(diào)理芯片(ssc)從軟件上來實現(xiàn)進(jìn)一步的補(bǔ)償，其補(bǔ)償原理如圖3.6所示。max1457將存貯在ezprom中的靈敏度溫度漂移值轉(zhuǎn)換為模擬量fsotcout，改變鏡像電流源i，進(jìn)而改變擴(kuò)散硅傳感器供電電流，將滿量程溫度誤差修正到要求值。圖3.6 max 1457靈敏度溫漂補(bǔ)償?shù)谒恼?一種壓阻式壓力傳感器溫度補(bǔ)償設(shè)計第四章 一種壓阻式壓力傳感器溫度補(bǔ)償設(shè)計4.1 誤差來源由于半導(dǎo)體材料對溫度十分敏感，壓阻式壓力傳感器的四個檢測電阻多接

32、為惠斯登電橋型，其有恒流和恒壓兩種工作方式。假設(shè)半導(dǎo)體應(yīng)變片電阻rt的溫度系數(shù)為a，靈敏度的溫度系數(shù)為?，加在傳感器上的電壓為vin，則電阻值、靈敏度隨溫度改變的表達(dá)式分別為：rt=r0（1+t） kt=k0（1+t） 則傳感器輸出為：vout=（r/r0）vin=k0（1+t）vin 式中 r0 基準(zhǔn)溫度時傳感器的電阻值（初始值）； r壓力引起的電阻變化； k0基準(zhǔn)溫度時靈敏度； 應(yīng)變系數(shù)。由此式知，壓力隨溫度的改變量和?的隨溫度的變化相同，具有較大負(fù)溫度系數(shù)，溫度系數(shù)為-0.002/-0.003/。圖4.1給出了不同摻雜濃度下p型硅片的靈敏度系數(shù)隨溫度變化的曲線。圖中，從a到e各條曲線對應(yīng)的摻雜濃度遞增。由圖可知，p型應(yīng)變電阻,無論是輕摻雜還是重?fù)诫s，其靈敏度系數(shù)均隨溫度的提高而逐漸減小。由于各應(yīng)