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智能压力传感器的研究和应用(三)
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2.3 压力传感器的几个特性指标
压力传感器的特性指标是评价压力传感器性能优劣的根据,其数目繁多。本文仅对几个常用到得重要的特性指标进行说明:
1灵敏度
传感器的灵敏度是指传感器在稳定工作状态下,输出信号的增量与被测输入信号的增量之比,常用S表示,即(2-1):
(2—1)
由压力传感器的输出电压表达式可知,压力传感器的灵敏度表示单位输入压力下的输出电压。即(2-2):
(2—2)
其中S――灵敏度;
P――施加的压力
所以在通常情况下,在传感器的线性要求范围内,传感器的灵敏度越高越好。因为只有在灵敏度高时候,与被测量变化对应的输出信号的值才比较大,有利于信号处理。
2. 精度
精度也称为静态误差,是指随机误差和系统误差同时出现时所表现出的合成误差的最大值同测最上限的输出值的百分比。它是由随机误差和系统误差所决定的,关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。
3. 稳定性
传感器使用一段时间后,其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外,主要是传感器的使用环境。因此,要使传感器具有良好的稳定性,传感器必须要有较强的环境适应能力。在某些要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合,所选用的传感器稳定性要求更严格,要能够经受住长时间的考验。
4. 额定压力范围
额定压力范围是满足标准规定值的压力范围。也就是在最高和最低温度之间,传感器输出符合规定工作特性的压力范围。在实际应用时传感器所测压力在该范围之内。
5. 最大压力范围
最大压力范围是指压力传感器能长时间承受的最大压力,且不引起输出特性永久性改变。特别是半导体压力传感器,为提高线性和温度特性,一般都大幅度减小额定压力范围。因此,即使在额定压力以上连续使用也不会被损坏。一般最大压力是额定压力最高值的2-3倍。
第3章 压力传感器的温度补偿功能
3.1 补偿方式简介
由此可见,零点温度漂移是影响传感器精度的重要指标之一。目前为止,国外比较先进的补偿模块,如MAX1457、MCA7707等,虽然能够把传感器的零点温度漂移补偿的比较小,但却损失了传感器的一些动态性能,而且进行补偿时需要编程序,大大增加了工作的难度。相比之下,我国现在关于零点温度补偿的方法还不能做到模块化,目前我国依旧按照传统的补偿方法,根据实现的条件分为用硬件电路补偿和智能芯片或微机中软用件方法进行补偿。
3.1.1内部补偿
内部补偿主要是针对零漂的进行补偿的。在上一章我们已经介绍过,但是由于工艺生产不匹配的原因,如掺杂浓度不均匀及厚度不统一等造成的扩散电阻的阻值或扩散电阻的温度系数不一致,导致在不加压力时候电桥输出不为零并且随温度的变化而发生改变。针对这一问题我们可以通过改变传感器结构;改进传感器制造的工艺,提高扩散电阻的对称性;控制材料的特性,当掺杂浓度达到一定高度时,其电阻率随温度的变化逐步趋于稳定,同时不同的扩散系数和结深也会影响到温度敏感度,从而获得较低的温度系数;此外,考虑到金属材料具有比较低的电阻温度系数,因此在硅衬底上沉积金属膜也同样可以使温度系数降低。但是需要注意的是,掺杂浓度过高不仅会导致晶格缺陷的增加,还会导致传感器的灵敏度降低。
3.1.2外部补偿
外部补偿的方式种类很多,但可以概括为软件补偿和硬件补偿两种。
1. 硬件补偿:这种方法是在惠斯通电桥的四个电阻中,在对应的桥臂上串、并联上一定阻值大小的电阻,来平衡因四个扩散电阻初始阻值不匹配造成的零点漂移,以及它随温度变化而发生改变的温度漂移。因为这种补偿方法是在电桥上完成的,所以我们将这类方法称之为“桥内补偿法”。
压限式传感器在硅芯片上扩散出的四个桥臂电阻,通常是将其连接成惠斯通电桥。为了使电桥的灵敏度最大,将一对阻值增加的电阻对接。将另一对阻值减小的电阻也对接, 如图3-1所示。
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