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压力传感器零点漂移解决方案
(1)压力传感器零点电漂移的定义
在外加电压V=V0时,可调整桥臂电阻使压力P=0时的输出 , 我们把这种现象称作零点电漂移。
零点电漂移对压力传感器的影响
零点电漂移对压力传感器的测量精度,使灵敏度大降。
关于压力传感器的零点电漂移问题及解决,过去在标征压力传感器的指标时,忽略了力敏电阻的非线性、零点电漂移、反向漏电流,但是这些问题对压力传感器的质量却有很大的影响。
体硅集成电路工艺制备压力传感器已有30多年历史了,随着市场需求以每年20%的速度增长,竞争十分剧烈,但仍存在以下问题迫切需要解决,并应引起注意:电阻非线性问题突出(1,2,3):力敏电阻依靠p-n结与衬底隔离,在p区侧的耗尽层宽度与外加电压有关。故电阻条的有效导电厚度随外加电压而变化,表现为非线性。并直接导致零点的电漂移。压力传感器的特性指标除众所周知的几个之外,在对百次对国内外不同品种的压力传感器进行测定时,均发现零点电漂移现象,可见零点漂移现象是影响压力传感器精度的一个主要因素。
零点热漂移是影响压力传感器性能的重要指标,受到广泛重视。国际上认零点热漂移仅取决于力敏电阻的不等性及其温度非线性,但实际上零点热漂移还与力敏电阻的反向漏电有关,多晶硅可以吸除衬底中的重金属杂质,从而减小力敏电阻的反向漏电、改善零点热漂移,提高压力器的性能。
压力传感器的特性指标中除量程范围、精度、非线性误差、迟滞、稳定性、重复性、灵敏度、零点及二者的热漂移、动态响应特性、噪声等指标外,在国际上我们首先发现并提出零点电漂移也应作为一个特性指标。
解决方法
利用零点电漂移可以消除压力传感器的热零点漂移。方法是在桥外串联热敏电阻R(1+βt)和恒定电阻R0,外加电压为V,桥上的电压VB=V/η,η=[RB+R0+ R(1+βt)]/RB,RB是压阻桥的等效电阻,则电桥的零点输出U0为: U0= = 令: , 。 如果 ,则,这就意味着,可以利用电漂移(A)来消除热漂移。当A/ <0,则β<0,要串接NTC热敏电阻,当A/>0,则β>0,要串接PTC热敏电阻。 热零点漂移可消除,但零点U0依然存在,这要依靠后续放大电路中的电平移动来消除。
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