[发明专利]硅压阻式压力传感器温度误差修正方法

说明书

一种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领域。本发明针对现有硅压阻式压力传感器存在温度漂移的问题。它基于惠斯顿电桥构建外接串并联固定补偿电阻进行温度误差修正；选取三个温度点，分别测试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，求解获得惠斯顿电桥中四个可变桥臂电阻的阻值；再建立三个温度点条件下的传感器输出数学模型，根据四个可变桥臂电阻的阻值及外接串并联固定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。本发明用于硅压阻式压力传感器的温度漂移误差修正。

技术领域

本发明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领域。

背景技术

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。

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：

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。

发明内容

针对现有硅压阻式压力传感器存在温度漂移的问题，本发明提供一种硅压阻式压力传感器温度误差修正方法。

本发明的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-；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。

根据本发明的硅压阻式压力传感器温度误差修正方法，所述三个温度点包括低温点、常温点和高温点。

根据本发明的硅压阻式压力传感器温度误差修正方法，

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；