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探讨高温压力传感器的温度效应
发布时间:2018-04-19   点击次数:252次
常见的高温压力传感器材料有多晶硅、石英、 SiC、SOI、SOS(蓝宝石上硅) 等。SOI的低压、低功耗、电隔离等优势,提高了传感器对恶劣环境的适应性,基于硅隔离SOI技术的耐高温压力传感器得到了广泛应用。相对于硅压阻式压力传感器,高温压力传感器具有低噪声、高灵敏度、低温漂、动态变化范围大等显著优点。为了得到高性能的高温压力传感器,课题组研制了非接触电容式和接触电容式高温压力传感器。
高温压力传感器温度效应分析
高温压力传感器温度效应产生的原因主要有传感器结构的热胀冷缩、杨氏模量的负温度系数、电容空腔中残余气体的影响和极板间介电常数的温度效应。
热胀冷缩对传感器的影响 温度的变化会导致传感器的几何尺寸发生变化,对于电容式传感器,温度的变化主要引起两板间隙或面积的变化,产生附加电容的变化。温度变化对接触电容式ME MS传感器的影响更加明显,因为接触电容式微传感器的极板间距小于2μm,温度的变化,导致很小的极板间隙产生很大的相对变化,从而产生很大的温度误差。
高温压力传感器温度效应是不可避免的,可以通过设计合理的结构、选择合适的材料来减小误差,也可以通过设计环形补偿电极来消除温度共模信号和通过信号处理软硬件来修正温度对传感器测量的影响。下面介绍采用参考电容的办法来消除高温压力传感器温度效应及寄生电容的影响。
传感器参考电容的设计 为了消除温度效应及寄生电容的影响,在接触式电容压力传感器的结构中加入1个参考电容,该参考电容对压力的变化不敏感,其输出不随压力的变化而变化。参考电容C0与传感器压力敏感电容Cx在同一环境下工作,其输出量大体上体现相同环境的数值变化。参考电容越接近传感器的电容,测量的相对误差越小,所以设计参考电容的电容值和传感器的电容近似相等。在信号处理过程中,将参考电容的输出与传感器电容输出进行比较,通过数据处理去掉外界温度对传感器测量的影响,从而消除温度效应。

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