模拟压力传感器应用中的补偿技术

文章摘要：为了将输出电压转换为压力值，由于实际的灵敏度往往是未知，因此在数学模型中通常采用典型灵敏度进行单点标定。 图2中红色曲线表示进行偏移量标定(PCAL=0)后的误差曲线，可以发现误差曲线相对于表示标定前误差的黑色曲线产生了垂直偏移。 这种标定方法与一点标定法相比要求更为严格，实现成本也更高。然而与一点标定法相比，该方法可显著提高系统的精度，因为该方法不仅标定了偏移量，还标定了传感器的灵敏度。因此在误差计算中可以使用灵敏度实际值，而非典型值。 图2中的绿色曲线表示精度提高。在这里，标定是在0至500兆巴(满标度)条件下进行。由于在标定点上误差接近于0，因此为了在期望的压力范围内得到最小的测量误差，

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　　为了将输出电压转换为压力值，由于实际的灵敏度往往是未知，因此在数学模型中通常采用典型灵敏度进行单点标定。

　　图2中红色曲线表示进行偏移量标定(PCAL=0)后的误差曲线，可以发现误差曲线相对于表示标定前误差的黑色曲线产生了垂直偏移。

这种标定方法与一点标定法相比要求更为严格，实现成本也更高。然而与一点标定法相比，该方法可显著提高系统的精度，因为该方法不仅标定了偏移量，还标定了传感器的灵敏度。因此在误差计算中可以使用灵敏度实际值，而非典型值。

图2中的绿色曲线表示精度提高。在这里，标定是在0至500兆巴(满标度)条件下进行。由于在标定点上误差接近于0，因此为了在期望的压力范围内得到最小的测量误差，正确地设定这些点就显得尤为重要。

某些应用中要求在整个压力范围内保持较高的精确度。在这些应用中，可以采用多点标定法来得到最理想的结果。在多点标定法中，不仅考虑了偏移量和灵敏度误差，还考虑了大部分的线性误差，如图2紫红色曲线所示。这儿用的数学模型与每个标定间距(在两个标定点之间)的两级标定完全一样。

三点标定

　　如前所述，线性误差具有一致的形式，且误差曲线符合二次方程的曲线，具有可预测的大小和形状。对于未采用放大器的传感器更是如此，因为传感器的非线性从本质上是基于机械原因(这是由硅片的薄膜压力引起)。

　　线性误差特性的描述可以通过计算典型实例的平均线性误差，确定多项式函数(a×2+bx+c)的参数而得到。确定了a、b和c后得到的模型对于相同类型的传感器都是有效的。该方法能在无需第3个标定点的情况下有效地补偿线性误差。

　　图3为摩托罗拉MPX2300的补偿实例，MPX2300是一种主要应用于血压测量的温度补偿传感器。多项式模型可由10个传感器的平均线性误差得到，补偿后的误差约为最大初始线性误差的十至二十分之一，如图3虚线所示。

　　该误差补偿方法只需两点标定即可将低成本传感器改进为高性能器件(误差小于满标度的0.05%)。

　　当然设计工程师要根据实际应用的精确度要求，选择最适合的标定方法，此外还需要考虑系统成本。由于有多种集成度和补偿技术可供选择，设计工程师可根据不同的设计要求选择适当的方法。

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