[发明专利]一种带温度控制的硅压阻压力传感器

说明书

技术领域

本发明主要涉及传感器技术领域，特指一种带温度控制的硅压阻压力传感器。

背景技术

硅压阻压力传感器的原理是利用半导体材料的压阻效应，是目前应用最为广泛的一种压力传感器，其具有灵敏度高、动态响应快、测量精度高、稳定性好、工作温度范围宽、易于小型微型化、便于批量生产以及使用方便等优点。

但是，源于半导体物理性质对温度的敏感性，硅压阻压力传感器会受到温度的影响，导致零点和灵敏度会随温度的变化而产生漂移，未经温度补偿的硅压阻压力传感器在绝大多数领域是无法应用的，因此，在实际应用中，温度补偿是硅压阻压力传感器一个很重要的组成部分。随着温度补偿技术的发展，已出现多种多样的温度补偿方式，主要分为两种，分别是模拟电路补偿和数字电路补偿。模拟电路补偿包括串并联电阻、串二极管或者串并联热敏电阻等温度敏感器件，在不同的温度下，改变加在压力传感器电桥上的电压或者电流来达到补偿效果。数字补偿技术是在单片机的控制下，分别采集压力传感器和温度传感器的输出，在不同的温度下对压力传感器的零点和满量程输出都进行不同程度的补偿。但由此不可避免的导致以下问题：1）电路复杂；2）可靠性低；3）温度敏感元件或者温度传感器和压力传感器所处环境温度不一致，导致补偿误差大；4）需要测试每只传感器的温度特性才能做出精确补偿，生产过程复杂等等，并且无法从根本上解决温漂问题，此外，补偿精度取决于温度传感器的精度及算法，很多情况下温度传感器所处环境温度和压力芯片本身的温度有差别也会影响补偿精度。

另外因为半导体材料或者加工工艺不同，不同厂家或者不同批次的硅压阻压力传感器温漂性能会有很大差别，在芯片设计时有时为了更好的温漂性能会到降低芯片其它性能，比如精度、稳定性等性能。温漂性能对材料以及加工工艺要求非常高，很多理想的理论参数加工工艺无法满足或者加工之后实际参数和设计参数出入较大都会导致温漂性能达不到设计要求。在进行温度补偿时，对不同的芯片性能需要不同的补偿方法，补偿方法包括模拟电路补偿和数字电路补偿，具体的补偿方式更是五花八门，选择合适的补偿方式对产品温漂性能起着决定性的因素，因此针对不同的芯体，温漂补偿需要丰富的经验，这项工作也耗费了工程师们很大一部分的经历。而且传统的硅压阻压力传感器温漂的最终补偿精度取决于对传感器的温度特性测试是否准确，由于不同的传感器温度特性不一致，常规的做法是对每一只传感器进行温度性能测试然后进行补偿，这也是一项很繁琐的工作。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种温度可调节以避免温漂的硅压阻压力传感器。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种带温度控制的硅压阻压力传感器，包括压力敏感芯片和温度控制单元，所述压力敏感芯片的基底上设置有加热元件以及用于测量压力敏感芯片温度的测温元件，所述温度控制单元与所述加热元件和测温元件相连；所述温度控制单元根据所述测温元件的测量温度与预设标准温度值的差值，控制所述加热元件的加热电流以维持压力敏感芯片在恒定温度上。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述加热元件安装于所述压力敏感芯片的基底中心位置。

所述加热元件为加热电阻。

所述测温元件呈环状安装于所述加热元件的周侧的基底上，且加热元件位于环状测温元件的中心位置。

所述测温元件为测温电阻。

所述温度控制单元包括恒流源、同向比例放大器、比例积分调节器和电流驱动电路，所述恒流源加在测温元件的两端，所述比例积分调节器的输入端与所述恒流源和同向比例放大器相连，用于对测温元件两端电压与同向比例放大器的输出电压作差后进行比例积分运算并输出电压；所述电流驱动电路与所述比例积分调节器的输出端相连，用于将比例积分调节器的输出电压转化电加热电流加至加热元件上。

所述电流驱动电路包括多个三极管，多个三极管之间相互并联。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的带温度控制的硅压阻压力传感器，在压力敏感芯片的基底上安装测温元件和加热元件，并根据测温元件的温度信号与预设标准温度值的差值，调整加热元件的加热程度，保证硅压阻压力敏感芯片的温度恒定，避免温度波动对压力测量的影响。

附图说明

图1为本发明的测温元件和加热元件的分布示意图。

图2为本发明的温度控制单元的温度控制原理图。

图3为本发明的温度控制单元的电路原理图。

图4为本发明的信号调理流程图。