硅压阻式压力传感器的温度补偿-材料学专业论文.docxVIP

I I 硅压阻式压力传感器的温度补偿 摘要：非电量检测中，压力的检测量最大，所以压力传感器的也是使用最为广泛、 技术更新最快的传感器。特别是硅桥式压阻压力传感器以其线性好、灵敏度高、 体积小、便于集成等诸多优点，是目前使用最广泛的一种压力传感器。但是由于 半导体材料的温度特性，硅压阻式压力传感器的输出信号会随着温度的改变而受 到影响，产生温度漂移，温度漂移的现象一直制约着硅压阻式压力传感器的发展。 随着国民经济的发展，很多领域要求传感器在各种极端环境下仍然能够保持 高度的精确度和稳定性。为了提高传感器的应用范围和测试精确度，国内外学者 专心研究，提出了很多具有创新性的温度补偿方法，文章对目前比较流行的温度 补偿方法做了分析比较，并且结合自己研制开发的硬件采集电路对三次样条曲线 插值的温度补偿方法做了验证和改进，提出了基于三次样条插值的新的温度补偿 方法，且实验结果良好。 文章以硅桥式压阻压力传感器为研究对象,在分析压阻式压力传感器理论及 原理的基础上,对传感器的关键性参数进行了理论计算和探索性的研究。具体内 容包括器件结构设计、信号采集电路设计、单片机补偿系统软件设计以及温漂实 验在内的压力传感器一体化设计研究。论文主要研究工作如下： （1）介绍硅压阻式压力传感器的工作原理，讨论了温度漂移产生的原因。 （2）借助 ANSYS 有限元仿真软件对传感器弹性薄膜做了应力的仿真,对薄 膜尺寸及压敏电阻做了理论分析，提出一种优化传感器感压膜片设计的方案。 （3）根据总体设计要求研制一种高精度数据采集电路，介绍电路各个模块 功能，并对该数据采集系统做了测试。 （4）分析比较当今比较流行的各种软件补偿方法，最终决定采用三次样条 曲线对补偿系数进行拟合，并改进了传统的三次样条曲线插值的温度补偿方法。 （5）结合研制成功的数据采集系统对传感器静态特性做了标定，分析标定 数据，对传感器进行温度补偿实验，通过比较传统三次样条插值补偿后的传感器 输出信号，验证了使用改进后的三次样条曲线插值法的补偿效果更好。 关键词：传感器；非线性误差；三次样条曲线插值；温度补偿 II II Temperature compensation of piezoresistive pressure sensor based on the interpolation of third order splines Abstract: In the non-electricity detection, pressure was measured at most, so the pressure sensor is the most widely used, and the technical updating is also the fastest. Particularly, the silicon bridge piezoresistive pressure sensor with its good linearity,high sensitivity, small size, easy integration and many other advantages, has became the most widely used pressure sensor at present. Because of the temperature properties of the semiconductor material, the signals of the silicon bridge piezoresistive pressure sensor’s output would be affected with the change of temperature, and due to temperature drift. The phenomenon of temperature drift have restricted the development of silicon piezoresistive pressure sensor. With the development of national economy, many areas require sensors under various extreme conditions can still to maintain a high level of accuracy and stability. In order to enlarge the application scope of the sensors and the measuring accuracy, a group of international