【技术实现步骤摘要】
硅压阻式压力传感器温度误差修正方法
[0001]本专利技术涉及硅压阻式压力传感器温度误差修正方法，属于传感器修正
技术介绍
[0002]硅压阻式压力传感器因其使用温度范围宽、抗辐照和高可靠性被广泛用于航空、航天、石油、化工等领域，是高端设备压力监测及控制系统中的关键基础部件。
[0003]微电子技术的成熟提高了硅压阻式压力传感器的压力芯片制作水平，为其大规模的批量化生产提供了技术保障，并能获得更高的性能价格比。但半导体的温度特性又制约了压力芯片在温度场中的测量精度，即随着温度的变化，硅压阻式压力传感器的输出将发生漂移。主要表现为零点和灵敏度随温度变化而发生漂移。产生温度漂移的根本原因包括：
[0004]在工艺制作中，压力传感器内部组成惠斯顿电桥的四个电阻的扩散电阻条表面掺杂浓度与其宽度不能完全一致，致使四个电阻的阻值不完全相等，且温度系数不相等，这导致在输入压力为零时，电桥输出并不为零；并且所述电桥输出随温度的变化而发生漂移，即产生零点温度漂移；另外，半导体的温度特性又导致其压阻系数随温度变化，致使压力灵敏度系数随温度发生漂移；除此之外，在后道工序中的芯片与基体封接以及结构封装等均会产生附加温度影响。因此，对于封装后的硅压力压力传感器来说，对其零点偏移、零点温度漂移及压力灵敏度均需进行温度误差修正。
技术实现思路
[0005]针对现有硅压阻式压力传感器存在温度漂移的问题，本专利技术提供一种硅压阻式压力传感器温度误差修正方法。
[0006]本专利技术的一种硅压阻式压力传...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种硅压阻式压力传感器温度误差修正方法，所述压力传感器包括惠斯顿电桥，其中两个相邻的可变电阻R01和R02构成左桥臂，另两个相邻的可变电阻R03和R04构成右桥臂；两个桥臂之间的两个连接点分别连接输入正连接端In+和输入负连接端In-；左桥臂的两个可变电阻之间的连接点作为输出正连接端O+，右桥臂的两个可变电阻之间的连接点作为输出负连接端O-；其特征在于，所述修正方法包括：在输入正连接端In+与对应的连接点之间串联灵敏度补偿电阻Rs1，在两个桥臂之间的两个连接点之间连接灵敏度补偿电阻Rs2；可变电阻R01并联零点补偿电阻R3，可变电阻R02并联零点补偿电阻R1；零点补偿电阻R2与零点补偿电阻R1串联后与可变电阻R02并联，或者零点补偿电阻R2与零点补偿电阻R3串联后与可变电阻R01并联；构成补偿后电路；在所述压力传感器使用温度范围内选取三个温度点，分别测试所述惠斯顿电桥在恒定直流电压源激励下的零点输出和上限输出，以及断开电源时惠斯顿电桥在零压状态下的电桥阻值；在不同温度点下建立电桥阻值与四个可变电阻的电路关系，求解获得四个可变电阻的阻值；再基于补偿后电路建立三个温度点条件下的传感器输出数学模型，根据四个可变电阻的阻值及补偿电阻的约束条件，求解获得两个灵敏度补偿电阻和三个零点补偿电阻的阻值。2.根据权利要求1所述的硅压阻式压力传感器温度误差修正方法，其特征在于，所述三个温度点包括低温点、常温点和高温点。3.根据权利要求2所述的硅压阻式压力传感器温度误差修正方法，其特征在于，在每个温度点下，恒定直流电压源的供电状态包括：惠斯顿电桥零点输出U0，惠斯顿电桥上限输出U
P
；在每个温度点下，所述断开电源时惠斯顿电桥在零压状态下的电桥阻值包括：电桥阻值BR1：输出正连接端O+与输入负连接端In-短接后，输入正连接端In+和输入负连接端In-之间的电阻阻值；电桥阻值BR2：输入正连接端In+与输出正连接端O+短接后，输入正连接端In+和输入负连接端In-之间的电阻阻值；电桥阻值BR3：输出负连接端O-与输入负连接端In-短接后，输入正连接端In+和输入负连接端In-之间的电阻阻值；电桥阻值BR4：输入正连接端In+与输出负连接端O-短接后，输入正连接端In+和输入负连接端In-之间的电阻阻值；电桥阻值B：输入正连接端In+和输入负连接端In-之间的电阻阻值。4.根据权利要求3所述的硅压阻式压力传感器温度误差修正方法，其特征在于，将三个温度点下测量的数据组成数组：低温点数组A＝[A1,A2,A3,A4,A5,A6,A7，A8]＝[BR11,BR21,BR31,BR41,B1,U
01
,U
P1
,E]；常温点数组B＝[B1,B2,B3,B4,B5,B6,B7，B8]＝[BR12,BR22,BR32,BR42,B2,U
02
,U
P2
,E]；高温点数组C＝[C1,C2,C3,C4,C5,C6,C7，C8]＝[BR13,BR23,BR33,BR43,B3,U
03
,U
P3
,E]；式中U0表示惠斯顿电桥在恒定直流电压源激励下的零点输出，U
P
表示惠斯顿电桥在恒定直流电压源激励下的上限输出，E表示恒定直流电压；式中下角标1表示对应低温点采集的数据，下角标2表示对应常温点采集的数据，下角
标3表示对应高温点采集的数据。5.根据权利要求4所述的硅压阻式压力传感器温度误差修正方法，其特征在于，接入灵敏度补偿电阻Rs1和灵敏度补偿电阻Rs2后低温点传感器满量程输出值Us1为：Us1＝(A7-A6)
×
A5
×
Rs2/(A5
×
Rs2+Rs1
×
(A5+Rs2))；接入灵敏度补偿电阻Rs1和灵敏度补偿电阻Rs2后常温点传感器满量程输出值Us2为：Us2＝(B7-B6)
×
B5
×
Rs2/(B5
×
Rs2+Rs1
×
(B5+Rs2))；接入灵敏度补偿电阻Rs1和灵敏度补偿电阻Rs2后常温点传感器满量程输出值Us3为：Us3＝(C7-C6)
×
C5
×
Rs2/(C5
×
Rs2+Rs1
×
(C5+Rs2))。6.根据权利要求4所述的硅压阻式压力传感器温度误差修正方法，其特征在于，在低温点下惠斯顿电桥的电桥阻值与四个可变电阻的电路关系表达式为：A1＝R011×
(R031+R041)/(R011+R031+R041)；A2＝R021×
(R031+R041)/(R021+R031+R041)；A3＝(R011+R021)
×
R031/(R011+R021+R031)；A4＝(R011+R021)
×
R041/(R011+R021+R041)；式中下角标1表示对应低温点时的相应变量；在常温点下惠斯顿电桥的电桥阻值与四个可变电阻的电路关系表达式为：B1＝R012×
(R032+R042)/(R012+R032+R042)；B2＝R022×
(R032+R042)/(R022+R032+R042)；B3＝(R012+R022)
×
R032/(R012+R022+R032)；B4＝(R012+R022)
×
R042/(R012+R022+R042)；式中下角标2表示对应常温点时的相应变量；在高温点下惠斯顿电桥的电桥阻值与四个可变电阻的电路关系表达式为：C1＝R013×
(R033+R043)/(R013+R033+R043)；C2＝R023×
(R033+R043)/(R023+R033+R043)；C3＝(R013+R023)
×
R033/(R013+R023+R033)；C4＝(R013+R023)
×
R043/(R013+R023+R043)；式中下角标3表示对应高温点时的相应变量；对上述表达式分别求解，获得三个温度点下四个可变电阻R01、R02、R03和R04的阻值。7.根据权利要求5或6所述的硅压阻式压力传感器温度误差修正方法，其特征在于，建立所述传感器输出数学模型包括：式中f(x)为目标函数，返回标量值，x为相应的补偿电阻，x∈R
n
，G
i
(x)为约束函数，返回等式约束和不等式约束在x处的值；所述约束函数包括等式约束函数和不等式约束函数，m为等式约束函数的个数，n为从m+1起的不等式约束函数的个数；x1为相应补偿电阻的下限值，x
u
为相应补偿电阻的上限值。
8.根据权利要求7所述的硅压阻式压力传感器温度误差修正方法，其特征在于，对于热灵敏度漂移补偿的数学约束，常温点满量程输出与低温点满量程输出的差值S21为：S21＝Us2-Us1；常温点满量程输出与低温点满量程输出的差值S23为：S23＝Us2-Us3；高温点满量程输出与低温点满量程输出的差值S31为：S31＝Us3-Us1；根据压力传感器的应变确定常温点传感器满量程输出约束目标值U、允许偏离值Υ以及低温点和高温点与常温点偏差限定值δ，给定灵敏度补偿电阻Rs1和Rs2的取值约束区间[x1,x
u
],建立目标函数和约束函数：f(x)＝|Us2-U|，目标函数；G1(x)＝Us2-U-Υ≤0，约束函数；G2(x)＝U-Us2-Υ≤0，约束函数；G3(x)＝S21-δ≤0，约束函数；G4(x)＝-S21-δ≤0，约束函数；G5(x)＝S23-δ≤0，约束函数；G6(x)＝-S23-δ≤0，约束函数；G7(x)＝S31-δ≤0，约束函数；G8(x)＝-S31-δ≤0，约束函数；在8个约束函数的约束下，求解f(x)最优值下的Rs1和Rs2；灵敏度补偿电阻Rs1和Rs2接入惠斯顿电桥后在三个温度点下的电桥电压分别为：低温点的电桥电压E1：E1＝A8
×
A5
×
Rs2/(A5
×
Rs2+Rs1
×
(A5+Rs2))；常温点的电桥电压E2：E2＝B8
×
...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙凤玲，朱晓明，王震，丁文波，李仁刚，刘建伟，王俊巍，马明宇，张卫星，赵瑞堃，
申请(专利权)人：黑龙江工程学院，
类型：发明
国别省市：
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