压阻式传感器温度补偿中几种数值分析方法的应用比较-论文.pdf

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1、Technology＆Application●技术与应用摘要：半导体压阻传感器材料温度系数较大，较小的温度变化会对传感器性能产生较大的影0向，因此需要对温度进t2~I-偿首先分析了压阻材料受力时输出随温度变化函数，并且通过比较不同的数值分析方法，研究在不同条件，不『司精度要求情况下，几种数值分析方法各自优劣，为实际膻用中使用拟合曲线对压阳传感器进行温度补偿提供一定参考。关键字：压力传感器；温度补偿；插值法中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1006—883X(2014)08—0021～

2、05收稿日期：2014一。6—25压阻式传感器温度=i；l＼偿[1】几种数值分析方法响应用比较李笃明一、引言是将微处理器与传感结合，补偿精度高，通『}j性妤，IT‘』弋nJ1‘感器址利川半导体阻率随心力方法灵活。软件补偿法主要仃包括：查表法、神的变化In】引起电『jf{人小的变化实现乐姒的测络算法、lⅡ】线拟合法。{i{=，仃敏艘·啊，线性艘较理想等特点。爪l5『l式压首先理论推分析了个桥情况时压传感器的输力化感的敏感件为、I甘体爪材料，电m率受温出电压温度的数学表示，然对比分析J，三种线瞍彬响

3、较人，此实际·要对温度的影响进仃补拟合方法，最后根输电压温度的数学描述羊Il设偿。常川的补偿法包括件补偿币¨软件补偿，硬件定的测量数据分别通过仿真对比了三种拟合方法的适补偿为电路fU路复杂，渊试困难，精度低，通川性用情况，并I1得到使川曲线拟合办法进}_J：濉度补偿时，芹等圳川利rI程实际川㈦。软件补偿疗法通常拉格朗日拟合方法最佳，这足I¨压阻传感÷}}受温度影响的输出温度具"fl：tf~线性关系决定的。二、理论部分1压力传感器温度的输⋯特性本文惠斯通电桥(图1)的输lu条件下研究传感器的温发补

4、偿。根据电桥[31性质我们可获得温度变化引起的输出变化数，推导过程如卜：其电输I{：式为：(Rl+AR1)(4+AR4)一(R2+AR2)(JR3+△)r，『／一Ⅲ(】+AR1+R，+AR，)(尺4+△4+R+AR)。(I)_■技术与应用_Technology＆Application一般取R。=R=R：R=R，当不受力时上式输出对应为，其中i=1，2⋯⋯Ⅳ。并且每个i对应个温为0，温度对输出没有影响。当电桥受力形变，可知，度，则最小二乘拟合直线可表示为：相邻两个电阻受力方向相反，则表明其中一组不

5、相邻U=a+kT(7)电阻增大，而另外一组电阻值变小。此时输出变为：则在i点时误差可表示为：6i=一(口+七)(8)(2)(2R++，)⋯根据最小二乘法原理可以确定a,k实现如卜：当考虑温度变化对式(2)输出影响时，根据变化-NZTjU,ZTiZU“七：—r一,(9)温度与变化阻值的关系：Ⅳ∑一(∑)AR=R0aAT(3)而电阻卜h于力形变，产生的附加电阻，所以式(3)：—(10)变为：本方法不能保证测量点全部分布往拟合线f，AR=(R&AR)aAT(4)因此当要求误差较小时不适用而且出现粗大误

6、差时，其巾，AR一由于形变产生的变化电阻。直线斜率变化很大，但是最小‘乘法拟合计算简单。因为AR是与形变压力有关的量，而且根据压对要求精度不是很高或者变化是呈线性输出的传感器，阻材料与形变关系，并且因为是半导体材料只考虑电是‘一种较好的拟合补偿方法，埘于输为非线性变化『；H率变化项，根据垒：．E．F，所以有：的情况拟合值与实际值误差会变得较大。由此也可知，PAp／在非线性较大的情况F，或者有粗大误差的情况该拟ARbⅢ=(1+2+)≈JR×(．E)×(5)合方法不是一种理想的数据拟合方法。2、多项

7、式拟合方法其中，月一电阻无形变压缩时的电阻初始值；多项式拟合方法数据处理的基本思想与最小二乘一电阻材料泊松比；法一致，在最小二乘法中输出函数足关于变最的一次p一电阻率：函数。如果温度引起的误差变化是非线性的时候，最r金属丝径向应变；小二：乘法会遗漏较多细节。冈此采用高次方的多项式一半导体压阻系数；拟合，可以在一定程度上弥补这⋯不足，在一定次数卜半导体材料弹性模量。范围内多项式次数越高越能反映传感器受温度影响的将(3)、(4)、(5)带入(2)近似可得：输出情况。：(6)同样的，假设实际获得个采样

8、点，则过电桥r1+zEe'aAT)⋯输出电压对应为，其[1】i=1，2⋯⋯n。并且每个i对根据(6)式可知，温度造成的输出，不但与温度应一个温度。此时设拟合曲线函数为：术身大小有关，也跟压阻材料的形变有关。而且形变的影响温度的影响相等价。U，=∑口，T(11)其中，m为多项式次数，H．m<