淺談傳感器的溫度補償技術

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，實驗結果表明，該溫度補償是一種行之有效的方法。
關鍵詞：傳感器；溫度誤差；靈敏度：補償技術

1 引言
傳感器廣泛應用于各種工農業生產實踐中，一切科學研究和生產過程要獲取信息都要通過其轉換為易傳輸與處理的電信號，但大多數傳感器的敏感元件采用金屬或半導體材料，其靜特性與環境溫度有著密切的聯系。實際工作中由于傳感器的工作環境溫度變化較大，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
在傳感器的應用中，為使傳感器的技術指標及性能不受溫度變化影響而采取一系列具體技術措施，稱為溫度補償技術。一般傳感器都在標準溫度(20+5)℃下標定，但其工作環境溫度也可能由零下幾十攝氏度升到零上幾十攝氏度。傳感器由多個環節組成。尤其是金屬材料和半導體材料制成的敏感元件，其靜特性與溫度有著密切的關系。信號調理電路的電阻、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，適應環境溫度變化的能力越強，其溫度附加誤差就越小。
環境溫度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、環境溫度T的函數，即y=f(x,T)。

當傳感器的輸出y與輸入x之間為線性關系時，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。
當傳感器的輸出與輸入之間為非線性關系時，這種關系可用有限項的冪函數近似表示為：

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，應設法減小溫度誤差靈敏度。可從兩方面考慮：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 并聯式溫度補償原理
并聯式溫度補償是人為地附加一個補償環節，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是補償環節特性。總輸出y1與輸入x、T的增量表達式為：

由式(5)得到，為達到溫度補償的目的，其選擇溫度補償環節的條件是：