压阻式压力传感器的温度误差补偿技术及虚拟仪器的组建
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摘要
本课题是企业为了更好的满足产品的市场需求而委托的研发项目，以研究出一种自动、精确计算压阻式压力传感器补偿电阻大小的方法，以补偿压阻式压力传感器的温度误差。本文基于串并联电阻补偿法的原理，提出了一种基于虚拟仪器的误差补偿方案，推导了在恒流源供电下可以精确的计算出补偿电阻大小和补偿位置的算法，并且在虚拟仪器软件平台LabVIEW上完成了数据采集、处理、显示等软件的设计，经过实验的验证，对传感器的零点温度漂移补偿取得较好的效果，而对灵敏度温度漂移的工艺补偿亦有一定的效果。补偿算法参数测量简单可靠，适于规模化生产，对进一步提高传感器的精度，降低生产成本具有重要的意义。
With the development of sensor technology, the market demand is more and more higher. To meet this direction, we were authorized to do this project item. In this project, we want to study a method that can be used to calculate the compensation resistor of piezoresistive sensor accurately. So they can be used to compensate the thermal errors of piezoresistive sensor. In general, a precise resistor is in series with one of the resistors in Wheatstone Bridge to compensate the zero offset, and the other one is in parallel with another arm of the Wheatstone Bridge to compensate thermal zero drift. Based on this principle, in this paper, a compensation method based on Virtual Instrument technology has been put forward. Actuated by current source, a good calculation method of compensation resistors and their position in the Bridge is deduced. The application programs of data acquisition, processing and display have been completed on the development environment of LabVIEW. By the testing, the compensation results of thermal zero drift is good, and those of the thermal sensitivity errors of the sensors are also good by technics compensation. The compensation algorithm this paper proposed is reliable and the parameter can be measured easily, so it can be used in large-scale production. It will be significant to improve the accuracy of piezoresistive pressure sensors and decrease the costs.
With the development of sensor technology, the market demand is more and more higher. To meet this direction, we were authorized to do this project item. In this project, we want to study a method that can be used to calculate the compensation resistor of piezoresistive sensor accurately. So they can be used to compensate the thermal errors of piezoresistive sensor. In general, a precise resistor is in series with one of the resistors in Wheatstone Bridge to compensate the zero offset, and the other one is in parallel with another arm of the Wheatstone Bridge to compensate thermal zero drift. Based on this principle, in this paper, a compensation method based on Virtual Instrument technology has been put forward. Actuated by current source, a good calculation method of compensation resistors and their position in the Bridge is deduced. The application programs of data acquisition, processing and display have been completed on the development environment of LabVIEW. By the testing, the compensation results of thermal zero drift is good, and those of the thermal sensitivity errors of the sensors are also good by technics compensation. The compensation algorithm this paper proposed is reliable and the parameter can be measured easily, so it can be used in large-scale production. It will be significant to improve the accuracy of piezoresistive pressure sensors and decrease the costs.
引文
[01] 袁希光，《传感器技术手册》，国防工业出版社，1986，420～460。
[02] 强锡富，《传感器》第二版，机械工业出版社，1999，45～47。
[03] 戎华，李俊峰，张声良，《仪器仪表学报》，第21卷，第1期，2000年2月，一种补偿扩散硅压力传感器零点温漂的电阻网络。
[04] 戎华，张声良，马景洁，腾敏，朱长纯，《西安交通大学学报》，第33卷，第1期，1999年1月，硅压力传感器零点及零点温漂补偿的新方法。
[05] 张春晓，刘沁，刘妍，《传感器技术》，第4期，2001年，扩散硅压力变送器的精密温度补偿。
[06] 徐军，《现代电子技术》，2002年第10期，总第141期，用单片机软件实现传感器温度误差补偿。
[07] 康华光，《电子技术基础——模拟部分》第三版，高等教育出版社，1987，31～54。
[08] 李舒晨，《渭南师范学院学报》，第16卷，第2期，2001年3月，工程电流源综述。
[09] 张大平，《郴州师范高等专科学校学报》，第22期，第5期，2001年10月，电流源恒流特性的探讨。
[10] 艾永乐，尹红霞，《焦作工学院学报》，第18卷，第4期，1999年7月，电流源及其在电子电路中的应用研究。
[11] 刘君华，郭会军，赵向阳，贾惠芹，《基于LabVIEW的虛拟仪器设计》，电子工业出版社，2003年1月，1～10，12～13，63～67。
[12] Robert H. Bishop著，乔瑞萍，林欣等译，《LabVIEW 61实用教程》，电子工业出版社，2003年1月，3～4，85～101，132～134，209～255。
[13] MAXIM资料全集，MAXIM美信集成产品公司，2003。
[14] 杨乐平，李海涛，赵勇，杨磊，安雪滢，《LabVIEW高级程序设计》，清华大学出版社，2003年4月，390～400。
[15] 杨乐平，李海涛，肖相生，《LabVIEW程序设计与应用》，电子工业出版社，2001年7月。
[16] 孙传友，孙晓斌，汉泽西，张欣，《测控系统原理与设计》，北京航空航天大学出版社，2002年9月，275～282。
[17] H.F.沃尔夫，《硅半导体工艺数据手册》，国防工业出版社，1975，67～90。
[18] 强锡富，《几何量电测量仪》，机械工业出版社，1981。
[19] 严忠豪，谭祖根，《非电量电测技术》(修订本)，机械工业出版社，1989。
[20] 陈雁，《硅压阻式高温压力传感器》，电子科技大学硕士论文，2002年。
[21] 孙新宇，王鑫，高振斌，孟庆浩，杨瑞霞，孙以材，《半导体杂志》，第23卷，
第1期，1998年3月，压阻型压力传感器灵敏度温漂及其补偿技术。
[22] 张福学等编，《传感器敏感元器件大全》电子工业出版社，1990。
[23] 费业泰主编，《误差理论与数据处理》，机械工业出版社，1981，7～53。
[24] 王志敏，《自动化与仪表》，2002年第3期，压力传感器的温度补偿。
[25] James W.Nilsson，Susan A.Riedel著，冼立勤，周玉坤，李莉等译，《电路》(第六版)，电子工业出版社，2002年6月。
[26] 刘迎春，《传感器原理设计与应用》，国防科技大学出版社，1989。
[27] A. Boukabache, P. Pons, G. Blasquez, Z. Dibi, Characterisation and modelling of the mismatch of TCRs and their effects on the drift of the offset voltage of piezoresistive pressure sensors, Sensors and Actuators, 84(2000), 292-296。
[28] Jakob Gakkestad, Per Ohlckers, Leif Halbo, Compensation of sensitivity shift in piezoresistive pressure sensors using linear voltage excitation, Sensors and Actuators, A, 49(1995), 11-15。
[29] SGS-THOMSON MICROELECTRONICS, October, 1997, THREE TERMINAL ADJUSTABLE CURRENT SOURCES LM134-LM234-LM334。
[30] 6023E/6024E/6025E User Manual, NATIONAL INSTRUMENTS, Part Number 322072C-01, December 2000 Edition。
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