什么原因导致压力传感器漂移？

引言：压力传感器我们用得很多，经常会发现压力传感器使用一段时间就会有漂移现象。是什么原因导致压力传感器漂移的呢？我们在设计的时候怎么才能消除压力传感器漂移呢？

传感器漂移产生的原因

传感器漂移是指传感器输出值随时间的推移而发生变化的现象。这种漂移可能会导致传感器测量结果的不准确性,影响其在实际应用中的可靠性和稳定性。传感器漂移产生的原因是多种多样的，下面将逐一介绍。

1.温度变化:温度变化是导致传感器漂移的常见原因之一。温度的变化会引|起传感器元件内部材料的膨胀和收缩,进而影响传感器的机械结构和电特性,导致输出值发生漂移。例如，温度升高会使电阻传感器的电阻值增加,从而导致输出值偏高。

2.电源变化:传感器的输出值受到供电电压的影响,当供电电压发生变化时,传感器的输出值也会发生变化。这是因为供电电压的变化会导致传感器内部电路的工作状态发生改变,进而影响输出信号的幅值和稳定性。

3.长期使用:长期使用也是传感器漂移的一个重要原因。在使用过程中,传感器可能会受到机械、化学或热胀冷缩等因素的影响,导致其内部结构发生变化,进而引起输出值的漂移。此外,传感器还可能受到振动、冲击等外部环境因素的影响,进一步加剧漂移现象。

4.传感器老化:随着时间的推移,传感器的性能可能会逐渐下降,出现漂移现象。这是因为传感器内部的材料和元件会随着使用时间的增加而老化,导致其物理特性发生变化。例如,传感器内部的电解质会逐渐流失,导致其灵敏度和稳定性下降，进而引|起输出值的漂移。

5.环境影响:传感器的漂移还可能受到环境因素的影响。例如，气压、湿度、光照等环境因素的变化都可能导致传感器输出值的漂移。这是因为环境因素的变化会改变传感器与待测物体的相互作用,进而影响传感器的测量精度和稳定性。

“压力传感器发展的初期，扩散硅芯片和金属基座之间用玻璃粉封接，缺点是压力芯片的周围存在着较大的应力，即使经过退火处理，应力也不能完全消除。当温度发生变化时，由于金属、玻璃和扩散硅芯片热澎胀系数的不同，会产生热应力，使传感器的零点发生漂移。这就是为什么传感器的零点热漂移要比芯片的零点热漂移大得多的原因。采用银浆和接线柱焊接，处理不好，容易造成接点电阻不稳定。特别是在温度发生变化时，接触电阻更易变化，这些因素是造成传感器零点时漂、温漂大的原因。

零点热漂移产生原因的半导体理论分析：只有当电阻的掺杂浓度和阻值一致时才能使电桥的零点输出电压小，零点热漂移也小，这对提高传感器的性能十分有利。但是扩散时掺杂分布不易做到均匀，因此要求压敏电阻条越接近越好，越短越好。

零点热漂移产生原因的电路分析：理想情况下，组成惠斯通电桥的四个扩散电阻的阻值应该是相等的。零点温度漂移的产生是由于扩散电阻值随温度变化引起的。在一定的温度范围内，电阻值随温度的上升而增加，即扩散电阻的温度系数R为正值。”

此图为惠斯通电桥损伤的传感器

漂移问题的解决方法

从整体上来分，压力传感器的零点漂移补偿可分为硬件补偿和软件补偿两大方向。

1.硬件零点补偿方法：

在桥臂上串、并联恰当恒定电阻法：桥臂热敏电阻补偿法，桥外串、并联热敏电阻补偿法，双电桥补偿技术，三极管补偿技术等。

优化电路设计:合理的电路设计可以减小传感器漂移的影响。例如,采用温度补偿电路可以校正温度变化对传感器输出值的影响,提高测量精度和稳定性。此外，还可以采用滤波、放大等电路设计手段来消除电源变化和环境干扰对传感器的影响。

2.软件补偿零点漂移方法：在信号采集过程中，在触发信号未发生到触发采集以及在采集结束后的这些时间段里，输入的信号为零，输出的信号不为零，这种采集到的输出数据以随机噪声的形式存在，对于数据的计算与处理是没有意义的。我们定义这段时间里采集到的信号值称之为零点漂移。

所采取的软件方法有：

多项式拟合规范法。由于在实际测量中，压力传感器所测量的温度、压力等物理量不会与输出值是严格的线性关系，因此其函数关系常是多项式形式。多项式可用于非线性信号的拟合，关键在于求解其各项系数。

RBF神经网络法。基本原理：通常零点温度补偿软件算法中公式法比较复杂，拟合精度常会受到限制。人工神经网络法具有使用的样本数少、算法简单、具有任意函数逼近能力、应用前景良好。

此外软件法还包括查表法、插值法等。

为降低漂移的影响,可以采取以下措施:

1.稳定温度：尽量使传感器处于恒温状态，避免温度波动造成影响。

2.采用温度补偿措施：在传感器内部加入温度传感器，通过对温度变化的感知，进行修正补偿。

3.选择适合的基底粘合方法：合适的基底粘合方法可以减少机械应力的影响。

4.选择独立放大器：采用独立放大器将信号放大，不受其他外部因素影响，可以减少飘移问题。

5.采用自动校准技术：通过自动校准，使传感器在不同温度、湿度等环境下都能保持稳定的输出。

6.选择高精度传感器：高精度传感器的飘移小，可以减少影响。

7.对飘移数据进行处理：通过采集一段时间内的数据，对飘移数据进行平均处理，可以减少飘移对测量结果的影响。

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