簡述壓力傳感器零點漂移的解決方法

于娟

摘要：壓力變送器因其獨特的優勢，在工業生產中應用普遍。其作為檢測傳送裝置，無論精確度，還是靈敏度都非常高，而且穩定性好，線性度優良，價格低，應用領域廣。文章從多個方面論述壓力傳感器工作特性和零點漂移情況，深入探討壓力傳感器零點漂移具體解決方法。

關鍵詞：壓力傳感器;零點漂移;補償方法

前言：

現階段，研發壓力變送器時，信號傳送多通過壓阻式擴散硅壓力傳感器實現。由于技術方面的桎梏，外部溫度變化會對壓阻式壓力傳感器產生影響，以至于發生零點漂移情況。傳感器生產過程中，這種情況很難規避，因而，需要采用相關技術手段，研究壓力傳感器零點漂移情況，并進行溫度補償。

1壓力傳感器工作特性和零點漂移

壓力傳感器不僅能夠感受壓力信號，還能夠依據特定規律，轉化壓力信號，使其以輸出電信號器件或裝置形式存在。它的主要構成元素是壓力敏感元件和信號處理單元。參照測試壓力類型，能夠把壓力傳感器細分為表壓傳感器、差壓傳感器、絕壓傳感器三類。其中，壓阻式壓力傳感器工作原理為在基體材料商吸附金屬電阻應變片，機械形變會對應變電阻產生影響，使電阻值發生變化，發生電阻應變效應。

1.1壓阻式壓力傳感器靜態特性

無論靜態靈敏度、線性度，還是零點漂移都屬于壓力傳感器靜態性能指標。靜態靈敏度。通常指經測量后的靜態靈敏度傳感器，由單位變化量引起的輸出變化量。該性能指標非常關鍵。選擇這一指標時，不僅要對傳感器測量范圍進行綜合考量，還要對抗干擾能力進行兼顧。傳感器內部環境特殊，敏感元件的選擇切忌盲目，需注重靈敏度情況。其二，線性度。從理論層面考量，傳感器靜態特性呈直線，但受內外部各類因素影響，其實測輸入、輸出關系并非如此。線性度通常被認為是當校準特性曲線與某一參考直線不吻合情況下的最大值。零點漂移。當傳感器輸入、環境溫度處于不變狀態時，時間因素會對輸出量產生影響，使其發生變化^[1]。零點漂移發生原因是傳感器內部溫度變化或者各環節性能缺乏穩定性。其常被作為重要指標，用于判斷傳感器穩定性是否達標。

1.2壓阻式壓力傳感器工作原理

采用壓阻式變換原理制作壓敏電阻，其能夠直觀感受到物體處于受力狀態時的應變情況。該情況下，壓敏電阻值的重要影響指標是應變力，一旦電阻值處于變化狀態，可通過電橋，將電阻變化轉換為電壓、電流等形式。制作壓阻式傳感器時，會用到壓阻式變換原理，如圖1所示。該背景下，作用力對固體產生影響，繼而干擾電阻率，發生固體壓阻效應。對于擴散型壓敏電阻來說，其制作過程主要依靠集成電路工藝。半導體材料和金屬片相比，應變系數稍大，二者之間的變化存在關聯性。壓力傳感器的優勢在于具備很高的分辨率、壓阻系數，且動態響應好。但其也存在明顯缺陷，諸如，無論溫度系數，還是誤差，都比較大。

1.3壓阻式壓力傳感器零點漂移問題

事實上，壓敏電阻制造工藝存在差別，溫度零點漂移系數也不是固定的。溫度范圍不同，其數值存在差異。壓阻式壓力傳感器零點漂移由某一溫度范圍內零點數據占滿量程輸出比例或最大溫度零點系數表示。通常情況下，該系數取值在傳感器精度值范圍內。如果電阻摻雜濃度與阻值等同，電橋零點輸出電壓和零點熱漂移都不會很大，而傳感器性能則比較強。實際操作中，擴散狀態下，摻雜分布不夠均勻，壓敏電阻條要力求短、近。之所以會產生零點溫度漂移，是因為擴散電阻阻值受溫度影響，特定限值內，溫度升高時，電阻值也會隨之增加。故而，擴散電阻的溫度系數R為正值^[2]。

2壓力傳感器零點漂移補償技術

壓力傳感器零點漂移補償技術包括軟、硬件兩個方面的內容。其中，尤以軟件補償零點漂移法應用最為普遍，實施效果好，很大程度上規避了實操過程中的各類問題。

硬件零點補償法。在壓力傳感器中，常用的硬件補償方法比較多。諸如，在橋臂上串、并聯恰當恒定電阻法、雙電橋補償技術、三極管補償技術等。以三極管補償技術為例，當溫度升高時，基極-發射極之間電壓減小。三極管電阻特性決定了溫度會對電橋工作電壓產生影響，當溫度比較高時，電橋工作電壓也會隨之升高，從而對因溫度升高有效壓阻系數減小導致的電橋輸出情況加以補償，簡言之，對負靈敏度溫度系數進行有效補償。

軟件補償零點漂移法。采集信號時，在觸發采集期間和采集工作完成之后，沒有發生觸發信號，輸入、輸出信號不同，前者為零，后者通常不會出現這種情況。采用該種方法，對輸出數據進行采集，其存在形式為隨機噪聲方式，無論數據計算，還是處理，都毫無機制可言。故而，這一時間節點內，集中采集的信號數值都可稱為零點漂移。采用專業技術手段，科學區分這一零點漂移補償方法，其有多項式擬規范化法和RBF神經網絡法之分。采用多項擬合規范化法時，開展具體測量工作過程中，無論溫度，還是壓力等經由壓力傳感器測量的指標，與輸出值都非線性關系，多項式以函數關系呈現。非線性信號擬合狀態下，多項式具備相對比較好的應用效果，它的關鍵點是求解各項系數。RBF神經網絡法應用過程相對比較簡單，受零點溫度補償軟件算法影響，各類公式相對比較復雜，各類內外部因素也會對擬合精度產生影響。人工神經網絡計算方法，樣本數量比較少，計算流程相對比較簡潔，具備任意函數逼近性能，極具應用發展前景^[3]。除此之外，查表法、插值法等都屬于軟件補償零點漂移法范疇，部分廠家會基于傳感器特性，通過對摻雜濃度進行更改或者選擇自校準技術，對各類零點漂移問題加以解決。然而，上述方法的補償效果并不是很好，精確度不足。

結語

綜上所述，壓力傳感器零點漂移情況比較常見，需要采用專業技術手段加以解決，才能夠達到良好的應用效果。技術人員要結合壓力傳感器使用原理，對壓阻式壓力傳感器靜態特性、工作原理、零點漂移問題等具備全面的認識和了解，分別采用軟、硬件零點漂移補償技術，實現壓力傳感器智能化發展，提高設備整體性能，達到良好的應用效果，為工業生產奠定良好基礎，提高整體工作質量和效率。

參考文獻

[1]張坤，張進.基于線性加權免疫克隆算法的壓力傳感器溫度補償方法[J].測控技術，2016，35（1）：6-8.

[2]何一鳴.橋梁智能張拉儀受控油溫對壓力傳感器性能影響試驗研究[J].中外公路，2016（5）：166-168.

[3]梅強.壓力傳感器試驗臺零點漂移分析[J].中小企業管理與科技（中旬刊），2018（1）：187-188.

（作者單位：內蒙古自治區呼倫貝爾市產品質量計量檢測所）