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温度对硅阻压力传感器的影响及差分信号放大简要补充
来源:https://www.ssrt.com.cn | 作者:SSRT | 发布时间 :2025-03-14 | 255 次浏览: | 分享到:

我们往往还会定义一个参数叫灵敏度S,单位为(mV/V/kPa),如下描述。

 上式中,是指同一温度T下, 和 分别为满量程输出和0点输出差分电压; 为0负载时的电桥驱动电压; 和 分别指满量程压强和0负载对应的压强。不同温度下 还不一样,所以有TCS:

灵敏度温度系数TCS,是指在高低温度h,c两处的灵敏度Sh 、Sc 相对于参考温度r处的灵敏度Sr 在测量温度范围内每摄氏度的变化量。 其实以上各参数计算时,都默认是线性变化量。工程应用上,如果一定范围内精度足够,即使非线性我们也会将其化为线性再处理,反之,如果要进一步提高数据精度,则要对各参数进行更高阶的设定。

 如何降低温度对输出的影响 

 必要说明的是,在硅压阻压力产品参数中,TCR和TCS的正负,以及大小,都是在设计中有选择实现的。根据上一个段落中对TCR和TCS的线性化定义描述,我们可以先做以下的简单设定:

  桥臂阻值用TCR表示为: 类似方式,灵敏度用TCS可以表示为:

由于实际使用中,对于电桥的驱动方式有两类,一类是恒流,另一类是恒压(我们把比率方式归入这类型)。

恒流激励下的温度补偿 

在恒流激励I的设定下,设想电桥输入阻抗Ri 未变,而温度T上升时,从式(4)和(5)中可以这样大致认为,即使相应的激励电压V= I×Ri 和负载压强P不变,在TCS<0的情况下,如果T增加∆T ,式(8)中的灵敏度ST 则减小,所以,对应的差分电压输出有: 

 如果式(9)中只有温度变化∆T ,由于TCS<0,所以输出信号Vout 会减小。然而,由于TCR>0,如果各项参数都符合对惠斯通电桥对称的设定,此时可以近似得到如下式(10),

电桥的输入阻抗Ri 此时将增大,由此驱动电桥的电压将增大。 式(10)中即有增大的变量,又有减小的成分。所以,某种程度上,TCR的增大可以对TCS的减小有所补偿。但是可以肯定的是,一个包含∆T 二次项的方程,最多也就有2个解或者2个点刚好抵消。这两者是不会完全抵消的。 理论上,抵消的温度点取决于参数的温度系数相对于温度T的阶数。那是否就此担心温度导致的偏差无法弥补?当然不会。一方面是一定范围内线性度足够,另一方面当然取决于应用对于误差精度的要求以及温度补偿是否到位。 在我们硅油隔离型NPI-15,19中的一个系列以及NPC1210,NPC1220陶瓷基板系列产品中,均采用恒流激励的方式下通过电阻网络的方式对0点,及满量程输出FSO进行了温补和校准。比较典型的如下图所示。