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压力传感器零点漂移的原因及影响以及解决方案

发布时间:2025-12-24 09:14:57 点击次数:52

压力传感器零点漂移是指在输入压力为零时,传感器输出值随时间(或温度、电源变化)出现缓慢、不规律的向上或向下的偏移,影响精度,主要由温度影响、元件老化、应变片问题(气泡、杂质)、虚焊及弹性体应力释放不完全等原因造成,通常通过硬件补偿(加补偿电阻)和软件算法(如多项式拟合、神经网络)或自动校零来解决。 

在使用压力传感器的时候,会造成压力传感器的零点漂移的主要有以下几个原因:

1.应变片胶层有气泡或者有杂质

2.应变片本身性能不稳定

3.电路中有虚焊点

4.弹性体的应力释放不完全;

此外还和磁场,频率,温度等很多有关系。电漂或一些漂移都会存在,但可以通过一些方式缩小其范围或修正。

 零点热漂移是影响压力传感器性能的重要指标,受到广泛重视。零点漂移不仅取决于力敏电阻的不等性及其温度非线性,其实零点漂移还与力敏电阻的反向漏电有关。在这点上,多晶硅可以吸除衬底中的重金属杂质,从而减小力敏电阻的反向漏电、改善零点热漂移,提高传感器的性能。

通过优化传感器电路设计,可以利用零点电漂移的特性来补偿甚至消除压力传感器中的热零点漂移,提高其温度稳定性,这主要是通过设计补偿电路,让零点漂移和热漂移的趋势在一定程度上抵消,从而实现整体性能的提升,特别是对于集成电路设计而言,这种方法很有效。 

核心原理

理解零点漂移零点漂移是指在输入为零(例如压力为零)时,输出电压随时间或温度发生缓慢变化。

理解热零点漂移这是由于半导体器件(如晶体管)参数受温度影响而引起的零点输出变化。

补偿机制:工程师们通过设计特定的电路(例如加入与热漂移特性相反的元件),使得零点电漂移产生的漂移量,能够与由温度引起的热零点漂移量在不同温度下相互抵消,达到消除补偿的效果。 

具体实现方式

· 电路优化:在放大器电路中,通过精细选择和匹配元件,比如使用与温度特性相反的补偿元件,或者采用差分放大等技术。

· 温度补偿电路设计专门的补偿电路,其输出会随着温度变化,且变化趋势与传感器本身的温漂方向相反,从而在整个工作温度范围内保持输出接近零点。 

利用零点漂移来消除热零点漂移是一种有效的温度补偿策略,它将一种不理想的漂移现象转化为有用的补偿信号,以提升传感器的精度和稳定性

总结

所谓零点漂移,是指当放大器的输入端短路时,在输入端有不规律的、变化缓慢的电压产生的现象。产生零点漂移的主要原因是温度的变化对晶体管参数的影响以及电源电压的波动等,在多数放大器中,前级的零点漂移影响最大,级数越多和放大倍数越大,则零点漂移越严重。 漂移的大小主要在于应变材料的选用,材料的结构或是组成决定其稳定性或是热敏性。

 材料选好后的加工制成也很重要,工艺不同,会生产出不同效果的应变值,关键也在于通过一些老化等调节后,电桥值的稳定或规律的变化。

 漂移的调节手段很多,大都根据厂家的条件或生产需求所决定,大多数厂家常见的对零点漂移都控制的手段总结如下。

硬件补偿:

· 在桥路中串并联补偿电阻、使用温度敏感电阻或热敏电阻。温度调节可通过内部温度电阻和制热灵敏度电阻补偿、老化等

· 使用双电桥或三极管补偿技术。

软件补偿:

利用多项式拟合、RBF神经网络法等算法处理采集到的数据。

· 在测量间隙记录零点数据进行修正。

材料改进选用性能好的材料(如含杂质吸附能力强的多晶硅)。

工艺优化改进加工工艺,进行老化处理,稳定电桥值。

自动校零使用自动调零装置或反馈校正算法。

选择优质元器件从桥路元件,应变元件源头减少漂移。

环境防护防潮、防湿、防雨水、防有害气体。


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