CN102507081A - 使用温敏电阻对扩散硅压力传感器温敏系数的归一化补偿电路 - Google Patents

Abstract

本发明属于压力变送器技术领域，具体涉及一种使用温敏电阻对扩散硅压力传感器温敏系数的归一化补偿电路，包括补偿版电路，所述补偿版电路包括扩散硅传感器桥型电路，先在桥型电路电流输入端或电压输入端串接第一电阻R1，然后设置第二电阻R2与第一电阻R1及桥型电路并联，还设有温敏电阻Rt与第一电阻R1连接，其特征是，在温敏电阻Rt和第一电阻R1之间串接第三电阻R3，然后设置第四电阻R4与温敏电阻Rt、第一电阻R1并联。本发明是在以往的电阻补偿网络中加入一个温度系数补偿网络，具有可调节性，补偿范围广，补偿精度高的优点。

Description

使用温敏电阻对扩散硅压力传感器温敏系数的归一化补偿电路

技术领域

本发明属于压力变送器技术领域，具体涉及一种使用温敏电阻对扩散硅压力传感器温敏系数的归一化补偿电路。

背景技术

扩散硅压力传感器用于许多工业控制仪表中，是压力变送器的主要原材料。扩散硅压力传感器直接感受被测介质，压力传感器的中的电桥感受到外部压力，电阻值发生变化，传感器输出的mV信号，输出信号的大小与压力的大打小成正比。

然而传感器的输出受温度的影响比较大，当使用环境温度发生变化较大时，输出信号将发生较大的变化，导致仪表不能测得正确的压力值。

发明内容

本发明是在以往的电阻补偿网络中加入一个温度系数补偿网络，具有可调节性，补偿范围广，补偿精度高的优点。

本发明具体采用如下技术方案：

一种使用温敏电阻对扩散硅压力传感器温敏系数的归一化补偿电路，包括补偿版电路，所述补偿版电路包括扩散硅传感器桥型电路，先在桥型电路电流输入端或电压输入端串接第一电阻R1，然后设置第二电阻R2与第一电阻R1及桥型电路并联，还设有温敏电阻Rt与第一电阻R1连接，其特征是，在温敏电阻Rt和第一电阻R1之间串接第三电阻R3，然后设置第四电阻R4与温敏电阻Rt、第一电阻R1并联。

本发明的优点是：

1)用热敏电阻构建温敏电阻补偿网络，具有可调节性，补偿范围更广；

2)用热敏电阻构建的补偿网路可线性调节，与以往的二极管补偿网络不同，补偿精度更高。

附图说明

图1为现有技术的补偿版电路图；

图2为本发明补偿网络部分原理图。

具体实施方式

如图1、2所示，一种使用温敏电阻对扩散硅压力传感器温敏系数的归一化补偿电路，包括补偿版电路，所述补偿版电路包括扩散硅传感器桥型电路，先在桥型电路电流输入端或电压输入端串接第一电阻R1，然后设置第二电阻R2与第一电阻R1及桥型电路并联，还设有温敏电阻Rt与第一电阻R1连接，在温敏电阻Rt和第一电阻R1之间串接第三电阻R3，然后设置第四电阻R4与温敏电阻Rt、第一电阻R1并联。

本发明利用温敏电阻的温度特性曲线来拟合传感器的温度系数曲线，由于每一只传感器的温度系数曲线都不相同，因此构建一个温敏系数补偿网络，用其调节热敏电阻的温度特性曲线，最大程度的与传感器温度系数曲线进行相互抵消。

图1、2中R_t＝1K，构建温敏系数补偿网络后，其总电阻R_T＝仍然为1K，R3、R4电阻用来调节该网络的温度特性曲线的斜率，即R′_T，

该式是由

得到，即桥压对温度的导数等于电桥输出对温度的导数，有了温敏电阻网络的温度特性曲线的斜率，即可求得R3、R4的阻值。根据归一化

和未补偿电桥的输入阻抗等于补偿后的输入阻抗，即

可求得R1、R2的阻值。

采用多路采集系统，设备如下：高低温箱、数字万用表、电脑、采集软件、1.5mA恒流源，分别采集未补偿传感器在高温、常温时的输出S_ug、S_uc和桥压V_Bug、V_Buc，两组数据。

RT为温度系数补偿网络的总电阻；Su为未补偿时输出1.5mA供电，VBu为未补偿时桥压1.5mA供电，Sc补偿后输出100mv10V供电。设

……①式，r_B＝R_B+R_T……②式。

在图1中有

将②式带入得到

对V_B求温度T的导数 $V_B^{\′}=V_S\×\frac{(R_1+R_T)r_B^{\′}-(r_B+R_1)R_T^{\′}}{{(r_B+R_1)}^2},$ 由此可得 $\frac{V_B^{\′}}{V_B}=\frac{(R_1+R_T)r_B^{\′}-(r_B+R_1)R_T^{\′}}{(r_B+R_1)(r_B-R_T)}=-\frac{S_u^{\′}}{S_u}$ ……④式。

由②式得

简化为r_B二元一次方程并求解得到：

$r_B=\frac{(R_T-R_1)+\sqrt{{(R_1+R_T+2R_2)}^2-4R_2^2}}{2}$ (舍去负根)……⑤式。

由归一化得到

求得

由此可得出，

其中S_u、V_Bu、V_S均为已知量，化简得：

……⑥式，⑤、⑥两式联立可求得

……⑦式。

查表可知25℃时R_Tc＝1000Ω，将④、⑥、⑦联立即可分别求得：

$R_1=\frac{(1-K)r_B-R_T}{K}$

$R_2=\frac{K(R_1+R_T)}{{(1-K)}^2}$

${R_T}^{\′}=\frac{(\frac{S_u^{\′}}{S_u}{r}_B+R_1)(r_B-R_T)+(R_1+R_T)r_b^{\′}}{r_B-R_1}$

式中 $r_B=\frac{V_{\mathrm{Bu}}}{0.0015},$ $K=\frac{V_{\mathrm{Bu}}}{10S_u{V}_s},(V_s=10V),$ $r_B^{\′}=\frac{S_{\mathrm{ug}}-S_{\mathrm{uc}}}{0.0015}$

如图2，其中R3、R4电阻是对温敏电阻Rt本身的温度系数进行补偿，RT＝(Rt+R3)//R4，由Rt温敏电阻温度特性可知：Rtc＝1000Ω为常温时温敏电阻的阻值，Rtg＝346Ω为高温时温敏电阻的阻值，高温时

常温时

解高温跟常温时组成的方程组，即可得 $R3=\frac{A(346+R_{\mathrm{Tc}})+\sqrt{A^2{(346+R_{\mathrm{Tc}})}^2-4{R_{\mathrm{Tc}}}^{2}A(346-R_{\mathrm{Tg}})}}{2A}$ (舍去负根) $R_4=R_{\mathrm{Tc}}+\frac{R_{\mathrm{Tc}}^2}{R_3}=\frac{2A{R}_{\mathrm{Tc}}^2}{A(346+R_{\mathrm{Tc}})+\sqrt{A^2{(346+R_{\mathrm{Tc}})}^2-4{R_{\mathrm{Tc}}}^{2}A(346-R_{\mathrm{Tg}})}}$

式中A＝R_Tc-R_7g， $R_{\mathrm{Tg}}=R_{\mathrm{Tc}}+\frac{(\mathrm{Tg}-25)R_T^{\′}}{T_g},$

求得图1、2中的R1、R2、R3、R4四个电阻的阻值，根据传感器设计补偿版，将贴片电阻焊接好后与传感器进行装配、焊接即可。

Claims (1)

1.一种使用温敏电阻对扩散硅压力传感器温敏系数的归一化补偿电路，包括补偿版电路，所述补偿版电路包括扩散硅传感器桥型电路，先在桥型电路电流输入端或电压输入端串接第一电阻R1，然后设置第二电阻R2与第一电阻R1及桥型电路并联，还设有温敏电阻Rt与第一电阻R1连接，其特征是，在温敏电阻Rt和第一电阻R1之间串接第三电阻R3，然后设置第四电阻R4与温敏电阻Rt、第一电阻R1并联。

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