淺談傳感器的溫度補償技術(shù)

摘要：從原理上論述了溫度對傳感器性能的影響，包括零點漂移、靈敏度隨溫度的變化。介紹了溫度補償的方法，提出了利用單片機進行溫度補償，實驗結(jié)果表明，該溫度補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)實踐中，一切科學(xué)研究和生產(chǎn)過程要獲取信息都要通過其轉(zhuǎn)換為易傳輸與處理的電信號，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，將會帶來較大的測量誤差；同時，溫度變化也影響零點和靈敏度值的大小，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的影響，即必須進行溫度補償。

2 溫度補償技術(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傳感器輸出變化量與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，其溫度附加誤差就越小。
環(huán)境溫度T對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，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，傳感器的溫度誤差靈敏度St為：

從式(2)看出兩項組成，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，這種關(guān)系可用有限項的冪函數(shù)近似表示為：

這時，傳感器的溫度靈敏度為：

因此，為降低溫度變化對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溫度的敏感性，使
2．2 并聯(lián)式溫度補償原理
并聯(lián)式溫度補償是人為地附加一個補償環(huán)節(jié)，如圖2所示。

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

由式(5)得到，為達到溫度補償?shù)哪康?，其選擇溫度補償環(huán)節(jié)的條件是：