[發明專利]一種硅壓力傳感器溫漂補償電路及電路構建方法

有效

• 申請號: 201410776104.1
• 申請日: 2014-12-15
• 公開（公告）號: CN104458121A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 張紅;羅乘川;李仙麗;孫勇;王曉軍;蘇曦之
• 申請（專利權）人: 中國燃氣渦輪研究院
• 主分類號: G01L27/00
• 分類號: G01L27/00
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

技術領域

本發明屬于流體壓力測量領域，涉及到一種硅壓力傳感器溫漂補償方法。

背景技術

硅壓力傳感器具有結構簡單、靈敏度高、動態性能好等特點，廣泛用于壓力測試場合。然而由于其半導體工藝自身問題，硅壓力傳感器總存在溫漂現象，其溫漂主要由零點溫漂和靈敏度溫漂構成。

目前常見的硅壓力傳感器溫漂補償方法有使用補償芯片進行補償、使用溫度采集模塊加微處理器通過算法插值的方法等。使用上述補償方法由于電子元件自身的原因，通常最多能夠在-40℃～+120℃溫度范圍內實現傳感器的溫漂補償。然而在更大使用溫度范圍如-55℃～+150℃的使用場合，使用上述方法難以實現硅壓力傳感器的溫漂補償。在大溫度范圍內存在很多壓力測試需求，目前迫切需要一種能夠滿足大使用溫度范圍的硅壓力傳感器溫漂補償方法。

常見的硅壓力傳感器溫漂補償通過溫度標定系統來實現，標定系統如圖1所示，構建用于硅壓力傳感器標定試驗的平臺。其中硅壓力傳感器放在恒溫箱內；打壓儀通過導氣管同硅壓力傳感器相連，并通過壓力校驗儀讀取壓力值；補償網絡通過4根導線同硅壓力傳感器相連，恒壓源提供電壓激勵，萬用表讀取硅壓力傳感器輸出電壓信號。

圖2為硅壓力傳感器等效惠斯通電橋，Uin和GND同輸入激勵電壓源的正端和負端相連，Uo+和Uo-作為硅壓力傳感器輸出信號的正端和負端，R1、R2、R3、R4為硅壓力傳感器各橋臂等效電阻。

發明內容

本發明的目的是：為了滿足在-55℃～150℃溫度范圍內的壓力測試需求，提高壓力測試精度，本發明提出一種硅壓力傳感器溫漂補償方法。其能夠實現-55℃～150℃溫度范圍內的溫漂補償功能，提高硅壓力傳感器測量精度。

本發明的技術方案是：本發明所采用的技術方案是一種硅壓力傳感器溫漂補償方法。所述方法把硅壓力傳感器視為由R1、R2、R3、R4構成的惠斯通電橋，Uin端和GND端同輸入激勵電壓源的正端和負端相連，Uo+和Uo-作為硅壓力傳感器輸出信號的正端和負端，通過在電橋上構建可工作于-55℃～150℃的補償電阻網絡以實現硅壓力傳感器的溫漂補償。

本發明提供了一種硅壓力傳感器溫漂補償電路，由其特征在于，包括Ra、Rb、Rc、Rd、Re、Rn、Rt，其中Ra、Rb、Rc、Rd、Re均為由一個或多個電阻構成的補償電阻網絡，Rn為單個負溫度系數熱敏電阻，Rt為單個正溫度系數熱敏電阻。

電壓源輸入端Vcc通過Ra與硅壓力傳感器的激勵電源輸入正端Uin相連接，Ra與硅壓力傳感器整個電橋串聯；Rc同Rt并聯然后同Rb串聯構成Rq，Rq的一端與激勵電源輸入正端Uin相連接，Rq的另一端與輸出信號正端Uo+相連，Rq同硅壓力傳感器橋臂R1實現并聯；Re同Rn并聯然后同Rd串聯構成Rp，Rp的一端與激勵電源輸入正端Uin相連接，Rp的另一端與輸出信號負端UO-相連，Rp同硅壓力傳感器橋臂R4實現并聯。

進一步的，構成Ra、Rb、Rc、Rd、Re的電阻均為能在-55℃～150℃溫度范圍內工作，精密度在1‰以內，溫漂值在20ppm以內的電阻，Rn為能在-55℃～150℃溫度范圍內工作的負溫度系數熱敏電阻，Rt為能在-55℃～150℃溫度范圍內工作的正溫度系數熱敏電阻。

構建上述的溫漂補償電路的方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)構建用于硅壓力傳感器溫漂補償的標定系統；

(2)把硅壓力傳感器放入恒溫箱內，加熱到25℃并保持兩小時，在額定激勵電壓源下，讀取零壓力和滿量程壓力時刻的輸出壓力信號值；

(3)調整權利要求1中的Ra值，完成常溫下的靈敏度補償；

(4)調整權利要求1中Rp、Rq值，完成常溫零點補償；

(5)恒溫箱溫度調至-55℃，降溫到該溫度并保持兩小時，讀取該時刻零壓力和滿量程壓力輸出信號值；

(6)再次調整Rp值，實現-55℃零點補償；

(7)恒溫箱溫度調至150℃，升溫到該溫度并保持兩小時，讀取該時刻零壓力和滿量程壓力輸出信號值；

(8)再次調整Rq值、Rp值使用25℃時刻值，實現150℃零點補償；

(9)根據獲取的25℃、-55℃以及150℃補償電阻信息Rp₂₅、Rp_-55、Rq₂₅以及Rq₁₅₀，計算Rb、Rc、Rd、Re的值，可由如下公式推導：