淺談傳感器的溫度補(bǔ)償技術(shù)

摘要：從原理上論述了溫度對(duì)傳感器性能的影響，包括零點(diǎn)漂移、靈敏度隨溫度的變化。介紹了溫度補(bǔ)償的方法，提出了利用單片機(jī)進(jìn)行溫度補(bǔ)償，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該溫度補(bǔ)償是一種行之有效的方法。
關(guān)鍵詞：傳感器；溫度誤差；靈敏度：補(bǔ)償技術(shù)

1 引言
傳感器廣泛應(yīng)用于各種工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中，一切科學(xué)研究和生產(chǎn)過(guò)程要獲取信息都要通過(guò)其轉(zhuǎn)換為易傳輸與處理的電信號(hào)，但大多數(shù)傳感器的敏感元件采用金屬或半導(dǎo)體材料，其靜特性與環(huán)境溫度有著密切的聯(lián)系。實(shí)際工作中由于傳感器的工作環(huán)境溫度變化較大，又由于溫度變化引起的熱輸出較大，將會(huì)帶來(lái)較大的測(cè)量誤差；同時(shí)，溫度變化也影響零點(diǎn)和靈敏度值的大小，繼而影響到傳感器的靜特性，所以必須采取措施以減少或消除溫度變化帶來(lái)的影響，即必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

2 溫度補(bǔ)償技術(shù)
在傳感器的應(yīng)用中，為使傳感器的技術(shù)指標(biāo)及性能不受溫度變化影響而采取一系列具體技術(shù)措施，稱為溫度補(bǔ)償技術(shù)。一般傳感器都在標(biāo)準(zhǔn)溫度(20+5)℃下標(biāo)定，但其工作環(huán)境溫度也可能由零下幾十?dāng)z氏度升到零上幾十?dāng)z氏度。傳感器由多個(gè)環(huán)節(jié)組成。尤其是金屬材料和半導(dǎo)體材料制成的敏感元件，其靜特性與溫度有著密切的關(guān)系。信號(hào)調(diào)理電路的電阻、電容等元件特性基本不隨溫度變化，必須采取有效措施以抵消或減弱溫度變化對(duì)傳感器特性造成的影響。
2．1 溫度誤差靈敏度
溫度誤差靈敏度是指?jìng)鞲衅鬏敵鲎兓颗c引起該輸出量變化的溫度變化量之比，即St=эy／эT，顯然傳感器的S越小，適應(yīng)環(huán)境溫度變化的能力越強(qiáng)，其溫度附加誤差就越小。
環(huán)境溫度T對(duì)傳感器輸出的影響如圖1所示，傳感器的輸出y是輸入被測(cè)量x、環(huán)境溫度T的函數(shù)，即y=f(x,T)。

當(dāng)傳感器的輸出y與輸入x之間為線性關(guān)系時(shí)，則有

式中，a0(T)是傳感器的零位輸出；a1(T)是傳感器的靈敏度。
這時(shí)，傳感器的溫度誤差靈敏度St為：

從式(2)看出兩項(xiàng)組成，前者為傳感器零位輸出溫度誤差靈敏度，其大小反映傳感器零點(diǎn)隨溫度漂移的快慢；后者為傳感器輸出特性曲線的斜率(即靈敏度)的溫度誤差靈敏度，其大小反映傳感器量程隨溫度變化的快慢。
當(dāng)傳感器的輸出與輸入之間為非線性關(guān)系時(shí)，這種關(guān)系可用有限項(xiàng)的冪函數(shù)近似表示為：

這時(shí)，傳感器的溫度靈敏度為：

因此，為降低溫度變化對(duì)傳感器工作造成影響，應(yīng)設(shè)法減小溫度誤差靈敏度?？蓮膬煞矫婵紤]：減小傳感器零位輸出溫度誤差靈敏度，使傳感器的減小傳感器對(duì)溫度的敏感性，使
2．2 并聯(lián)式溫度補(bǔ)償原理
并聯(lián)式溫度補(bǔ)償是人為地附加一個(gè)補(bǔ)償環(huán)節(jié)，如圖2所示。

圖2中，y=a0(T)+a1(T)x是被補(bǔ)償部分的特性，而y'=a0'(T)+a1'(T)x是補(bǔ)償環(huán)節(jié)特性。總輸出y1與輸入x、T的增量表達(dá)式為：

由式(5)得到，為達(dá)到溫度補(bǔ)償?shù)哪康模溥x擇溫度補(bǔ)償環(huán)節(jié)的條件是：