智能壓力傳感器的研究和應用(三)

  2.3 壓力傳感器的幾個特性指標

  壓力傳感器的特性指標是評價壓力傳感器性能優(yōu)劣的根據，其數目繁多。本文僅對幾個常用到得重要的特性指標進行說明：

1靈敏度

傳感器的靈敏度是指傳感器在穩(wěn)定工作狀態(tài)下，輸出信號的增量與被測輸入信號的增量之比，常用S表示，即(2-1)：

                                                                  （2—1）

由壓力傳感器的輸出電壓表達式可知，壓力傳感器的靈敏度表示單位輸入壓力下的輸出電壓。即(2-2):

                                                                  （2—2）

其中S――靈敏度；

P――施加的壓力

所以在通常情況下，在傳感器的線性要求范圍內，傳感器的靈敏度越高越好。因為只有在靈敏度高時候，與被測量變化對應的輸出信號的值才比較大，有利于信號處理。

2. 精度

精度也稱為靜態(tài)誤差，是指隨機誤差和系統誤差同時出現時所表現出的合成誤差的最大值同測最上限的輸出值的百分比。它是由隨機誤差和系統誤差所決定的，關系到整個測量系統測量精度的一個重要環(huán)節(jié)。

3. 穩(wěn)定性

傳感器使用一段時間后，其性能保持不變化的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結構外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強的環(huán)境適應能力。在某些要求傳感器能長期使用而又不能輕易更換或標定的場合，所選用的傳感器穩(wěn)定性要求更嚴格，要能夠經受住長時間的考驗。

4． 額定壓力范圍

額定壓力范圍是滿足標準規(guī)定值的壓力范圍。也就是在最高和最低溫度之間，傳感器輸出符合規(guī)定工作特性的壓力范圍。在實際應用時傳感器所測壓力在該范圍之內。

5. 最大壓力范圍

最大壓力范圍是指壓力傳感器能長時間承受的最大壓力，且不引起輸出特性永久性改變。特別是半導體壓力傳感器，為提高線性和溫度特性，一般都大幅度減小額定壓力范圍。因此，即使在額定壓力以上連續(xù)使用也不會被損壞。一般最大壓力是額定壓力最高值的2－3倍。

第3章 壓力傳感器的溫度補償功能

   

3.1 補償方式簡介

由此可見，零點溫度漂移是影響傳感器精度的重要指標之一。目前為止，國外比較先進的補償模塊，如MAX1457、MCA7707等，雖然能夠把傳感器的零點溫度漂移補償的比較小，但卻損失了傳感器的一些動態(tài)性能，而且進行補償時需要編程序，大大增加了工作的難度。相比之下，我國現在關于零點溫度補償的方法還不能做到模塊化，目前我國依舊按照傳統的補償方法，根據實現的條件分為用硬件電路補償和智能芯片或微機中軟用件方法進行補償。

3.1.1內部補償

內部補償主要是針對零漂的進行補償的。在上一章我們已經介紹過，但是由于工藝生產不匹配的原因，如摻雜濃度不均勻及厚度不統一等造成的擴散電阻的阻值或擴散電阻的溫度系數不一致，導致在不加壓力時候電橋輸出不為零并且隨溫度的變化而發(fā)生改變。針對這一問題我們可以通過改變傳感器結構；改進傳感器制造的工藝，提高擴散電阻的對稱性；控制材料的特性，當摻雜濃度達到一定高度時，其電阻率隨溫度的變化逐步趨于穩(wěn)定，同時不同的擴散系數和結深也會影響到溫度敏感度，從而獲得較低的溫度系數；此外，考慮到金屬材料具有比較低的電阻溫度系數，因此在硅襯底上沉積金屬膜也同樣可以使溫度系數降低。但是需要注意的是，摻雜濃度過高不僅會導致晶格缺陷的增加，還會導致傳感器的靈敏度降低。

3.1.2外部補償

外部補償的方式種類很多，但可以概括為軟件補償和硬件補償兩種。

1. 硬件補償：這種方法是在惠斯通電橋的四個電阻中，在對應的橋臂上串、并聯上一定阻值大小的電阻，來平衡因四個擴散電阻初始阻值不匹配造成的零點漂移，以及它隨溫度變化而發(fā)生改變的溫度漂移。因為這種補償方法是在電橋上完成的，所以我們將這類方法稱之為“橋內補償法”。

壓限式傳感器在硅芯片上擴散出的四個橋臂電阻，通常是將其連接成惠斯通電橋。為了使電橋的靈敏度最大，將一對阻值增加的電阻對接。將另一對阻值減小的電阻也對接， 如圖3-1所示。