CN115307791A - 一种硅压阻式压力传感器温度补偿电路 - Google Patents

一种硅压阻式压力传感器温度补偿电路 Download PDF

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周富强
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Abstract

本发明提供了一种硅压阻式压力传感器温度补偿电路，包括：可调电压基准芯片，具有供电端Vi、输出端Vo、可调整电压引脚ADJ以及接地端GND；所述供电端Vi连接供电电源，输出端Vo连接惠斯通电桥的电源端，所述接地端GND接地；外围电阻，由固定电阻R1和PTC电阻网络组成，固定电阻R1的两端分别连接可调整电压引脚ADJ和接地端GND；PTC电阻网络的两端分别连接可调整电压引脚ADJ和输出端Vo；通过调节PTC电阻网络的阻值和固定电阻R1的比值，改变可调电压基准芯片的输出电压Vo，从而补偿压力敏感芯体的灵敏度温漂。本发明充分利用了可调电压基准芯片输出电压可调的特性，灵敏度补偿不需要使用运放，灵敏度补偿计算简单，且零点温漂及零点补偿电路也简单易实现。

Description

一种硅压阻式压力传感器温度补偿电路
【技术领域】
本发明涉及一种硅压阻式压力传感器，具体地说，是一种硅压阻式压力传感器温度补偿电路。
【背景技术】
目前，市面上现有的压力传感器温度补偿方法主要分为模拟补偿和数字补偿两种，数字补偿主要由信号调理芯片完成；模拟补偿主要由NTC配合外围电阻完成。由于NTC的阻值随温度变化趋势为指数单调递减，与外围电阻构成电阻网络后，需要得到近似线性单调递减的电阻网络，对于灵敏度随温度线性变化的压力敏感芯体难以补偿到合格范围。
【发明内容】
鉴于此，本发明要解决的技术问题，在于提供一种硅压阻式压力传感器温度补偿电路，基于线性PTC和可调电压基准芯片组成温控电压基准源，并通过对可调电压基准芯片的外围电路改进创新，使电压基准芯片输出电压随温度线性变化，用于补偿压力敏感芯体的灵敏度温漂，通过在惠斯通电桥上串并电阻调节零点和零点温漂。
为达到前述发明之目的，本发明实施例采取的技术方案是：一种硅压阻式压力传感器温度补偿电路，硅压阻式压力传感器的压力敏感芯体的内部结构等效于一个惠斯通电桥，由4个桥臂电阻Ra、Rb、Rc和Rd组成，其中Rb和Rd随输入压力的增大而增大，Ra和Rc随输入压力的增大而减小，S+和S-为惠斯通电桥的输出端，所述补偿电路包括：
可调电压基准芯片，具有供电端Vi、输出端Vo、可调整电压引脚ADJ以及接地端GND；所述供电端Vi连接供电电源，输出端Vo连接惠斯通电桥的电源端，所述接地端GND接地；
外围电阻，由固定电阻R1和PTC电阻网络组成，所述固定电阻R1的两端分别连接所述可调电压基准芯片的可调整电压引脚ADJ和接地端GND；所述PTC电阻网络的两端分别连接所述可调电压基准芯片的可调整电压引脚ADJ和输出端Vo；通过调节所述PTC电阻网络的阻值RPTC和所述固定电阻R1的比值补偿压力敏感芯体的灵敏度温漂。
进一步的，所述PTC电阻网络包括PTC热敏电阻和三个固定电阻R6、R7、R8，PTC热敏电阻的第一端与R6的第一端连接，PTC热敏电阻的第二端与R7的第一端连接，R7的第二端与R8的第一端连接，R8的第二端与R6的第二端连接。
进一步的，所述补偿电路还包括固定电阻R2、R3、R4和R5；R2的第一端接惠斯通电桥的输出端S+，第二端接地；R3的第一端接惠斯通电桥的输出端S-，第二端接地；R4串联在惠斯通电桥上，第一端与桥臂电阻Rd的一端连接，第二端接地；R5串联在惠斯通电桥上，第一端与桥臂电阻Rc的一端连接，第二端接地；R2和R3用于补偿压力传感器的零点温漂，增大R4使压力传感器的输出零点增大；增大R5使压力传感器的输出零点减小。
本发明的优点在于：本发明的硅压阻式压力传感器温度补偿电路基于线性PTC和可调电压基准芯片组成温控电压基准源，并通过对可调电压基准芯片的外围电路改进创新，使电压基准芯片输出电压随温度线性变化，用于补偿压力敏感芯体的灵敏度温漂，通过在惠斯通电桥上串并电阻调节零点和零点温漂，从而将零点和零点温漂补偿到合格范围。充分利用了可调电压基准芯片输出电压可调的特性，灵敏度补偿不需要使用运放，灵敏度补偿计算简单，且零点温漂及零点补偿电路也简单易实现。
【附图说明】
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1是本发明硅压阻式压力传感器温度补偿电路的结构示意图。
图2是本发明一实施例灵敏度温漂的补偿原理示意图。
图3是本发明PTC电阻网络的具体电路结构示意图。
图4是本发明灵敏度温漂的补偿效果曲线示意图。
【具体实施方式】
本发明实施例通过提供一种硅压阻式压力传感器温度补偿电路，基于线性PTC和可调电压基准芯片组成温控电压基准源，并通过对可调电压基准芯片的外围电路改进创新，使电压基准芯片输出电压随温度线性变化，用于补偿压力敏感芯体的灵敏度温漂，通过在惠斯通电桥上串并电阻调节零点和零点温漂。
为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
请参阅图1所示，本发明的一种硅压阻式压力传感器温度补偿电路，硅压阻式压力传感器的压力敏感芯体的内部结构等效于一个惠斯通电桥，由4个桥臂电阻Ra、Rb、Rc和Rd组成，其中Rb和Rd随输入压力的增大而增大，Ra和Rc随输入压力的增大而减小，S+和S-为惠斯通电桥的输出端，所述补偿电路包括可调电压基准芯片和外围电阻；
可调电压基准芯片具有供电端Vi、输出端Vo、可调整电压引脚ADJ以及接地端GND；所述供电端Vi连接供电电源，输出端Vo连接惠斯通电桥的电源端，所述接地端GND接地；
外围电阻由固定电阻R1和PTC电阻网络组成，所述固定电阻R1的两端分别连接所述可调电压基准芯片的可调整电压引脚ADJ和接地端GND；所述PTC电阻网络的两端分别连接所述可调电压基准芯片的可调整电压引脚ADJ和输出端Vo；通过调节所述PTC电阻网络的阻值RPTC和所述固定电阻R1的比值补偿压力敏感芯体的灵敏度温漂。
如图2所示，R1、PTC电阻网络和可调电压基准芯片组成温控电压基准电路，提供电压随温度线性变化的温控电压基准，用于补偿压力传感器的灵敏度温漂。可调电压基准芯片以GED1763S8芯片为例(但不必限定是该芯片)，VADJ＝1.33V，Vo＝VADJ*(1+Rf/R1)＝1.33*(1+Rf/R1)，通过调节Rf和R1的比值，可以调节电压基准电路的输出电压。本发明是把Rf更换为PTC电阻网络，阻值记为RPTC，则由于RPTC随温度线性增大，所以可调节电压基准芯片的输出Vo随温度也线性增大，因此调节合适的RPTC和R1的比值，就可以补偿压力敏感芯体的灵敏度温漂。
由于PTC的型号和规格是有限的，因此，可在PTC两端串并联的电阻，调节PTC电阻网络的阻值，从而得到合适的PTC电阻网络的阻值。如图3所示，在一具体的实施例中，所述PTC电阻网络包括PTC热敏电阻和三个固定电阻R6、R7、R8，PTC热敏电阻的第一端与R6的第一端连接，PTC热敏电阻的第二端与R7的第一端连接，R7的第二端与R8的第一端连接，R8的第二端与R6的第二端连接，即可通过选择不同固定电阻R6、R7、R8的阻值，来调节PTC电阻网络的总阻值。
再如图1所示，所述补偿电路还包括固定电阻R2、R3、R4和R5；R2的第一端接惠斯通电桥的输出端S+，第二端接地；R3的第一端接惠斯通电桥的输出端S-，第二端接地；R4串联在惠斯通电桥上，第一端与桥臂电阻Rd的一端连接，第二端接地；R5串联在惠斯通电桥上，第一端与桥臂电阻Rc的一端连接，第二端接地；其中，R2和R3用于补偿压力传感器的零点温漂，增大R4使压力传感器的输出零点增大；增大R5使压力传感器的输出零点减小。
下面以一款压力芯体的补偿过程作为示例：
表1压力芯体未补偿时在5V供电下的输出特性
Figure BDA0003767349200000041
从表1可以看出，其输出灵敏度随温度升高而逐渐减小，且其输出灵敏度与供电电压正相关，通过调节供电电压，可以使不同温度下压力芯体的输出为恒定值，然后通过放大电路将压力芯体的输出放大到需要的输出电压范围。本示例中放大电路的放大倍数为140倍仪表放大电路。输出灵敏度为8V。因此，压力芯体的灵敏度需要为8/140＝0.0571V。由上表可以计算出不同温度下压力芯体的目标供电电压，计算公式为：
供电电压＝目标灵敏度÷(5V供电灵敏度÷5)；
表2不同温度下压力芯体的目标供电电压
Figure BDA0003767349200000051
计算出不同温度下压力芯体的目标供电电压如上表2所示，因此需要选择合适的RPTC和R1的比值，可以使Vo在不同温度下满足上诉供电电压要求。PTC电阻在不同温度下的阻值如下表3第二列所示。选择R6的阻值为690Ω，R1的阻值为1000Ω，R7和R8的总阻值为3030Ω，可以计算出PTC电阻网络的总阻值如下表3的第7列所示。根据公式Vo＝＝1.33*(1+RPTC/R1)，可以计算出Vo如下表3的第8列所示：
表3
Figure BDA0003767349200000052
目标供电电压和计算出来的供电电压基本一致，误差满足精度要求，其不同温度输出对比如下图所示。
本发明的优点在于：本发明的硅压阻式压力传感器温度补偿电路基于线性PTC和可调电压基准芯片组成温控电压基准源，并通过对可调电压基准芯片的外围电路改进创新，使电压基准芯片输出电压随温度线性变化，用于补偿压力敏感芯体的灵敏度温漂，通过在惠斯通电桥上串并电阻调节零点和零点温漂，从而将零点和零点温漂补偿到合格范围。充分利用了可调电压基准芯片输出电压可调的特性，灵敏度补偿不需要使用运放，灵敏度补偿计算简单，且零点温漂及零点补偿电路也简单易实现。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (3)

1.一种硅压阻式压力传感器温度补偿电路，硅压阻式压力传感器的压力敏感芯体的内部结构等效于一个惠斯通电桥，由4个桥臂电阻Ra、Rb、Rc和Rd组成，其中Rb和Rd随输入压力的增大而增大，Ra和Rc随输入压力的增大而减小，S+和S-为惠斯通电桥的输出端，其特征在于：所述补偿电路包括：
可调电压基准芯片，具有供电端Vi、输出端Vo、可调整电压引脚ADJ以及接地端GND；所述供电端Vi连接供电电源，输出端Vo连接惠斯通电桥的电源端，所述接地端GND接地；
外围电阻，由固定电阻R1和PTC电阻网络组成，所述固定电阻R1的两端分别连接所述可调电压基准芯片的可调整电压引脚ADJ和接地端GND；所述PTC电阻网络的两端分别连接所述可调电压基准芯片的可调整电压引脚ADJ和输出端Vo；通过调节所述PTC电阻网络的阻值RPTC和所述固定电阻R1的比值补偿压力敏感芯体的灵敏度温漂。
2.如权利要求1所述的一种硅压阻式压力传感器温度补偿电路，其特征在于：所述PTC电阻网络包括PTC热敏电阻和三个固定电阻R6、R7、R8，PTC热敏电阻的第一端与R6的第一端连接，PTC热敏电阻的第二端与R7的第一端连接，R7的第二端与R8的第一端连接，R8的第二端与R6的第二端连接。
3.如权利要求1所述的一种硅压阻式压力传感器温度补偿电路，其特征在于：所述补偿电路还包括固定电阻R2、R3、R4和R5；R2的第一端接惠斯通电桥的输出端S+，第二端接地；R3的第一端接惠斯通电桥的输出端S-，第二端接地；R4串联在惠斯通电桥上，第一端与桥臂电阻Rd的一端连接，第二端接地；R5串联在惠斯通电桥上，第一端与桥臂电阻Rc的一端连接，第二端接地；R2和R3用于补偿压力传感器的零点温漂，增大R4使压力传感器的输出零点增大；增大R5使压力传感器的输出零点减小。
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