双惠斯登电桥温度补偿

在轻掺杂条件下, 温度对压力传感器的输出有比较大的影响, 必须采取一定的手段加以补偿, 否
则, 压力传感器的应用范围会受到比较大的限制。除了常规的非线性补偿方法可以在一定程度上消
除温度的影响外, 还可以采用双惠斯登电桥原理加以补偿。

设计中, 在膜片上可以同时扩散对称分布的8 个电阻R 11、R 12、R 13、R 14和R 21、R 22、R 23、R 24, 如图4所示。其中R 1i和R 2i ( i= 1, 2, 3, 4) 的温度灵敏度系数值对应相等而符号相反, 即: 前者的灵敏度系数随温度的增加而正增加, 后者的灵敏度系数随温度的增加而负增加。在一定的温度下, 分别构成的压力传感器由温度带来的误差值相等, 而符号相反。将两个传感器的输出“相加”, 即可消除温度对压力传感器输出的影响。其原理如图5 所示(图5 中P 为压阻式电桥; C 为补偿电桥; D. A 为放大器; SU是加法器; A öD 为转换器; C. O 为总输出; V b 为电桥输入电压)。

图4　双臂电桥电阻分布　　　　　　　　　　　图5　双电桥补偿原理　　　
根据双电桥补偿原理, 压阻电桥的4 个电阻R 1i ( i= 1, 2, 3, 4) 和补偿电桥的4 个电阻R 2i ( i= 1, 2,3, 4) 在膜片上对称分布, 在空间分布、应变区域上两个电桥完全相同, 哪个都不占优势。在工艺上尽可能保证R 1i和R 2i ( i= 1, 2, 3, 4) 的值对应相等, 且对应的温度灵敏度系数等值反号。从理论上讲, 采用双惠斯登电桥原理设计的温度补偿式圆平薄膜压阻式力传感器可以实现对温度漂移的有效控制。