CN104535257A

CN104535257A - 一种硅压阻温度补偿评估方法

Info

Publication number: CN104535257A
Application number: CN201410667309.6A
Authority: CN
Inventors: 易少凡; 谢波; 肖腊连
Original assignee: WUHAN AVIATION SENSING TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: WUHAN AVIATION SENSING TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-11-20
Filing date: 2014-11-20
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2034-11-20
Also published as: CN104535257B

Abstract

本发明属于硅压阻温度补偿技术，涉及一种基于硅压阻原理的温度补偿评估方法。本发明以构成硅压阻芯片惠施登电桥的四个力敏电阻在多个温度、压力下的电阻值为输入，不同补偿电路结构、补偿器件和补偿器件参数作为变量，通过建立数学模型，对不同补偿电路结构进行分析和自动运算，得到与变量相关的补偿结果，利用多个温度点、压力点下的理论补偿结果粗略估计中间补偿变量选取是否合适及其选取范围。本发明通过在理论分析基础上建立能够自动、批量处理数据的数学模型，利用该数学模型在产品实现前快速、准确地获得关于某一具体温度补偿算法的评估结论，具有较大实际应用价值。

Description

一种硅压阻温度补偿评估方法

技术领域

本发明属于硅压阻温度补偿技术，涉及一种基于硅压阻原理的温度补偿评估方法。

背景技术

由于硅压阻传感器所用材料为半导体硅，其受温度的影响较大，当环境温度发生剧烈变化时，温度是影响压力测量精度的最大障碍。为了提高传感器的测压精度，除了在制作硅压阻芯片时保持工艺的一致性外，还需要进行一次温度补偿消除芯片性能上的差别。

由于传感器使用场合不同，其要求也千差万别，实际进行温度补偿时，某个参量的变化会对补偿结果产生无法估计的影响，从而很难快速、准确的确定补偿参数。

一般情况下，现有硅压阻的温度补偿时需要装配相应的电路进行试验验证和分析，这将会浪费大量的人力、物力、财力和时间投入。同时，该方法只能局限于较小规模研究性质的试制生产，无法实现自动、大批量的生产。

发明内容

本发明的目的是：提供一种能够自动、快速、准确确定温度补偿参数的硅压阻温度补偿评估方法。

本发明的技术方案是：一种硅压阻温度补偿评估方法，以补偿前硅压阻芯片在不同温度、压力下的桥臂电阻值作为输入，根据待补偿电路架构及参数，建立该补偿电路的数学模型，以补偿前的桥臂电阻作为模型的输入，以补偿电路架构、补偿参数作为数学模型的变量，计算得到不同温度压力下的温度补偿后硅压阻芯片的输出特性，如果上述输出符合实际设计要求，即认为补偿电路架构和补偿参数是合适的，否则，重复上述过程，对数学模型的变量进行调整。

作为补偿电路的数学模型输入的桥臂电阻值为硅压阻芯片上惠斯登电桥的四个桥臂电阻值，且上述四个桥臂电阻为硅压阻芯片用于感受温度和压力的探测元。

该数学模型的补偿参数包括零点输出调整电阻、满位输出调整电阻、热零点漂移调整电阻、热灵敏度漂移调整电阻、输入阻抗调整电阻、输出阻抗调整电阻以及负载阻抗调整电阻。

当不同温度压力下的温度补偿后硅压阻芯片的零点输出值、满位输出值、温度漂移系数、输入输出阻抗满足实际设计要求时，认为补偿电路架构和补偿参数是合适的。

当不同温度下的温度补偿后硅压阻芯片的零点输出特性与实际设计要求存在差异时，调整零点输出调整电阻值，以消除差异。

当温度漂移系数与实际设计要求存在差异时，调整热零点漂移调整电阻、热灵敏度漂移调整电阻或通过替换元器件优化电路架构消除差异。

本发明的优点是：本发明基于硅压阻原理的温度补偿评估方法，通过在理论分析基础上建立能够自动、批量处理数据的数学模型，利用该数学模型在产品实现前快速、准确地获得关于某一具体温度补偿算法的评估结论，避免在补偿时走弯路。本发明输入数据量少，温度补偿算法可根据需要随时调整、优化，评估结果能快速、准确定位，不仅适用于硅压阻温度补偿应用技术的研究，也能在大批量生产过程中指导补偿，极大降低了产品的技术风险、加快技术成熟、节约时间成本、提高工作效率。

附图说明

图1是本发明硅压阻温度补偿评估方法一实施方式的补偿电路图；

图2是本发明硅压阻温度补偿评估方法的流程图。

具体实施方式

下面对本发明做进一步详细说明。

请参阅图1，本发明以建立恒流供电条件下的温度补偿电路为例，图中，R11、R12、R21、R22为被补偿传感器惠斯登电桥的四个桥臂电阻，R_P为热零点漂移调整电阻、R_S为零点输出调整电阻，R_τ为热灵敏度漂移调整电阻，因此该补偿电路能补偿传感器的零点输出、满位输出和热零点漂移、热灵敏度漂移。

传感器惠斯登电桥的四个桥臂电阻阻值是温度和压力的函数，温度、压力和阻值一一对应。

下面以某个特定温度T和压力P下，估算图1所示补偿电路结果为例，说明该电路结构下在增加补偿参量情况下的计算方法。

问题：已知图1所示电路图，图中，恒流供电I，桥臂电阻R11、R12、R21和R22，R_P、R_S和R_τ均为已知量，求电桥输出电压V_OUT。

请参阅图2，本发明硅压阻温度补偿评估方法具体实施过程如下：

步骤1：求与R_τ并联的电桥桥阻R₀。

R_{0} = \frac{(R 11 / / R_{P} + R 12) \cdot (R 21 + R 22 + R_{S})}{R 11 / / R_{P} + R 12 + R 21 + R 22 + R_{S}}

步骤2：流经传感器电桥的电流分量I₀。

I_{0} = \frac{R_{T} \cdot I}{R_{0} + R_{T}}

步骤3：计算传感器电桥的输出V_OUT。

V_{OUT} = \frac{[R 12 \cdot R 21 - (R_{P} / / R 11) \cdot (R 22 + R_{S})] \cdot I_{0}}{R 12 + R 21 + (R_{P} / / R 11) + R 22 + R_{S}}

通过以上过程可以估算出经过图1补偿电路和补偿位电阻的加入后传感器的输出，那么若已知传感器桥臂电阻在不同温度和压力下的值，就可以估算出补偿后不同温度和压力下传感器的输出值。对补偿后的传感器输出值进行计算可以得到其温漂系数，再对其零点输出、满位输出、温度漂移进行判断，若满足要求，则说明该传感器经上述补偿后能够满足要求的指标；否则，调整不满足要求的对应调整电阻，使补偿后结果满足要求。

Claims

1.一种硅压阻温度补偿评估方法，其特征在于，以补偿前硅压阻芯片在不同温度、压力下的桥臂电阻值作为输入，根据待补偿电路架构及参数，建立该补偿电路的数学模型，以补偿前的桥臂电阻作为模型的输入，以补偿电路架构、补偿参数作为数学模型的变量，计算得到不同温度压力下的温度补偿后硅压阻芯片的输出特性，如果上述输出符合实际设计要求，即认为补偿电路架构和补偿参数是合适的，否则，重复上述过程，对数学模型的变量进行调整。

2.根据权利要求1所述的硅压阻温度补偿评估方法，其特征在于，作为补偿电路的数学模型输入的桥臂电阻值为硅压阻芯片上惠斯登电桥的四个桥臂电阻值，且上述四个桥臂电阻为硅压阻芯片用于感受温度和压力的探测元。

3.根据权利要求1所述的硅压阻温度补偿评估方法，其特征在于，该数学模型的补偿参数包括零点输出调整电阻、满位输出调整电阻、热零点漂移调整电阻、热灵敏度漂移调整电阻、输入阻抗调整电阻、输出阻抗调整电阻以及负载阻抗调整电阻。

4.根据权利要求3所述的硅压阻温度补偿评估方法，其特征在于，当不同温度压力下的温度补偿后硅压阻芯片的零点输出值、满位输出值、温度漂移系数、输入输出阻抗满足实际设计要求时，认为补偿电路架构和补偿参数是合适的。

5.根据权利要求4所述的硅压阻温度补偿评估方法，其特征在于，当不同温度下的温度补偿后硅压阻芯片的零点输出特性与实际设计要求存在差异时，调整零点输出调整电阻值，以消除差异。

6.根据权利要求1所述的硅压阻温度补偿评估方法，其特征在于，当温度漂移系数与实际设计要求存在差异时，调整热零点漂移调整电阻、热灵敏度漂移调整电阻或通过替换元器件优化电路架构消除差异。