基于硅压阻特性的压力传感器,其本质上仍然是桥臂作为压力感测的组件在应变的情况下,桥臂的电 阻随着应变而变化,这点甚至和金属应变片是一样的。

其中,ρ
为电阻率,L
为长度,S
为截面积。
当阻值变化,意味这这3个都是变量。如果将截面积设定为矩形时(S=w×t
),将上式两边微分整理后,电阻的微量变化可以表示为:
(1)
其中,t为截面积的厚度,w为截面积的宽度。
然而,硅压阻和金属应变片的阻值变化过程中,式(1)中引起阻值变化的主要变量却截然不同。
硅压阻的变化主要由应变所致电阻率的变化引起,在一定晶格方向上,其它部分可以微不足道:

金属应变片的则主要是的随着外力拉或压引起变化的尺寸:

两者还真是各取所好。同时由于通过硅压阻可以有更高的灵敏度,因此,构成电桥的硅压阻压力传感器尺寸可以更小。这里不做展开,比较的目的是为了说明,硅压阻阻值变化也是应变引起的阻值变化。
本文意在简单说明硅压阻压力传感器的信号和温补处理对有效信号的影响,以及比较对此类传感器信号处理的方式进行补充,以方便我们使用过程中对于外围信号放大处理部分的正确选用和处理。
硅压阻电桥和温度


图-1 硅压阻电桥
当然,也有半桥形式的,以及全封闭的。
不管是全桥还是半桥,硅压阻器件对于温度是比较敏感的。以实际产品数据为例,以下实际产品参数中有三个红色框标注的参数分别是零点温度系数(ZTC),阻值温度系数(TCR)和灵敏度温度系数(TCS):
产品参数-例1-P883(2x2x2)

理想情况下,如果0负载时的各个桥臂在参考温度点阻值相等,而且TCR也相等,那么该0点(Offset)即使在温度变化时,无论是在恒流激励还是恒压激励,其0点的差分输出也将因为各个桥臂的一致变动而不受温度变化的影响,即ZTC可以为0。实际情况会因为无法完全称性,会受温度变化的影响。
其中:


在式-2,3中:
Th
和Tc
分别表示热冷2个温度点; Vozh
和Vozc
分别表示电桥0点在Th
、Tc
点时的差分输出;Vbzh
和Vbzc
分别表示在Th
、Tc
点电桥的驱动电压。
Rbzh
和Rbzc
分别表示桥臂在Th
、Tc
点时阻值;Rbzr
是在参考温度点(比如25℃)的桥臂阻值。
包括电桥的灵敏度S(或有效输出FSO)和灵敏度温度系数(TCS),也都有温度影响的影子。