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CN111426413A - 一种新型压力传感器及设计方法 - Google Patents

一种新型压力传感器及设计方法 Download PDF

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CN111426413A CN202010410415.1A CN202010410415A CN111426413A CN 111426413 A CN111426413 A CN 111426413A CN 202010410415 A CN202010410415 A CN 202010410415A CN 111426413 A CN111426413 A CN 111426413A
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黄向向
杨敏
洛伦佐·贝尔蒂尼
莱昂纳多·萨尔代利
卢卡·卢斯基
关健
梁泽山
孙斯佳
张晓磊
陈琳
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Hanking Electronics Liaoning Co ltd
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Hanking Electronics Liaoning Co ltd
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Abstract

一种新型底装式搅拌机及其使用方法。一种新型压力传感器，惠斯通主桥上带有惠斯通主桥输入电源和斯通主桥输出端；惠斯通次级桥电阻R1’，惠斯通次级桥电阻R2’，惠斯通次级桥电阻R4’和惠斯通次级桥电阻R3’顺次串联形成惠斯通次级桥，惠斯通次级桥上带有惠斯通次级桥输入电源和惠斯通次级桥输出端。一种新型压力传感器的设计方法，采用压阻式压力传感器温度补偿方法，次级惠斯通电桥信号用来对压阻压力传感器进行温度补偿；次级电信号来源于位于敏感薄膜上的次级惠斯通电桥，主惠斯通电桥对于外界应力敏感，次级惠斯通电桥也能对外部压力敏感，利用次级惠斯通电桥的信号能增强压力传感器灵敏度。本发明的优点：原理结构简单，精度高，有效实现温度补偿，市场前景广泛。

Description

一种新型压力传感器及设计方法
技术领域
本发明涉及传感器领域，特别涉及了一种新型压力传感器及设计方法。
背景技术
目前由于温度变化引发的热应力变化影响着压力传感器稳定性。本专利将设计一种新型压力传感器，补偿由于温度变化和其他原因引起的应力变化。
压力传感器或封装工艺的环境温度会引起的产品薄膜形变，这是我们不希望看到的应力源。如果压力传感器检测到由于温度变化等不明原因引起应力变化，而产生了错误的压力数值。所以一般情况下，需要对压力传感器进行补偿。常见的方法是在连接补偿ASIC(集成电路)，通过ASIC内部温度传感器或者外部温度传感器的温度信号在ASIC内部进行补偿，补偿能是模拟信号也能是数字信号。另一种解决方案是温度传感器集成在压力传感器芯片中，通过为此功能增加电阻特性来实现补偿偏移。这两种方法都需要校准补偿的温度系数，但是成本高，产量小。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述问题，特提供了一种新型压力传感器及设计方法。
目前由于温度变化引发的热应力变化影响着压力传感器稳定性，设计一种新型压力传感器，补偿由于温度变化和其他原因引起的应力变化。
本发明提供了一种新型压力传感器，其特征在于：所述的新型压力传感器，包括惠斯通主桥电阻R1，惠斯通主桥电阻R2，惠斯通主桥电阻R3，惠斯通主桥电阻R4，惠斯通次级桥电阻R1’，惠斯通次级桥电阻R2’，惠斯通次级桥电阻R3’，惠斯通次级桥电阻R4’，惠斯通主桥输入电源，惠斯通次级桥输入电源，惠斯通主桥输出，惠斯通次级桥输出，薄膜；
其中：惠斯通主桥电阻R1、惠斯通主桥电阻R2、惠斯通主桥电阻R4和惠斯通主桥电阻R3顺次串联形成惠斯通主桥，惠斯通主桥上带有惠斯通主桥输入电源和斯通主桥输出端；惠斯通次级桥电阻R1’，惠斯通次级桥电阻R2’，惠斯通次级桥电阻R4’和惠斯通次级桥电阻R3’顺次串联形成惠斯通次级桥，惠斯通次级桥上带有惠斯通次级桥输入电源和惠斯通次级桥输出端；薄膜设置在电阻上，用来感受外部压力。
所述的各电阻为掺杂的硅或多晶硅材料件。
所述的薄膜为硅薄膜件。
使用带有四个电阻的薄膜，连接在惠斯通电桥中。
主要用来感受外部压力。电阻材料能为掺杂的硅、多晶硅。
一种新型压力传感器的设计方法，其特征在于：采用压阻式压力传感器温度补偿方法，基于次级惠斯通电桥的设计，对由于温度变化引起的机械应力敏感，次级惠斯通电桥信号用来对压阻压力传感器进行温度补偿；次级电信号来源于位于敏感薄膜上的次级惠斯通电桥，主惠斯通电桥对于外界应力敏感，次级惠斯通电桥也能对外部压力敏感，利用次级惠斯通电桥的信号能增强压力传感器灵敏度。
设计一个次级惠斯通电阻桥，次级惠斯通电阻桥对热诱导的应力具有高灵敏度，同时对压力不敏感。ASIC能使用次级桥的信号来消除主信号的杂散信号，次级桥直接测量的是薄膜应力，而不是温度。因此绕开了不确定性来源，如装配/封装封装，使得补偿偏移更有效。二级桥也能对压力敏感，能通过设计使次桥信号具有与主桥信号相同的符号，而响应于热应力，次桥信号具有与主桥信号相反的符号。通过这种方式，利用适当的修正系数，能组合两个信号，使得对热应力的总灵敏度为零，而相对于主桥，对压力的总灵敏度增加。
设计一个次级惠斯通电桥，对压力不敏感，只对由温度变化引起的应力，或者其他不明原因应力变化敏感，实现了一种新的压力传感器温度补偿方法。
本发明的优点：
本发明所述的新型压力传感器及设计方法，原理结构简单，精度高，有效实现温度补偿，市场前景广泛。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为新型压力传感器示意图；
图2为新型压力传感器安装示意图；
图3为设计方案示意图；
图中，1为惠斯通主桥电阻R1；2为惠斯通主桥电阻R2；3为惠斯通主桥电阻R3；4为惠斯通主桥电阻R4；5为惠斯通次级桥电阻R1’；6为惠斯通次级桥电阻R2’；7为惠斯通次级桥电阻R3’；8为惠斯通次级桥电阻R4’；9位惠斯通主桥输入电源；10为惠斯通次级桥输入电源；11为惠斯通主桥输出；12为惠斯通次级桥输出；13为硅薄膜，14为电阻，使用带有四个电阻的薄膜，连接在惠斯通电桥中。
具体实施方式
实施例1
本发明提供了一种新型压力传感器，其特征在于：所述的新型压力传感器，包括惠斯通主桥电阻R1，惠斯通主桥电阻R2，惠斯通主桥电阻R3，惠斯通主桥电阻R4，惠斯通次级桥电阻R1’，惠斯通次级桥电阻R2’，惠斯通次级桥电阻R3’，惠斯通次级桥电阻R4’，惠斯通主桥输入电源，惠斯通次级桥输入电源，惠斯通主桥输出，惠斯通次级桥输出，薄膜；
其中：惠斯通主桥电阻R1、惠斯通主桥电阻R2、惠斯通主桥电阻R4和惠斯通主桥电阻R3顺次串联形成惠斯通主桥，惠斯通主桥上带有惠斯通主桥输入电源和斯通主桥输出端；惠斯通次级桥电阻R1’，惠斯通次级桥电阻R2’，惠斯通次级桥电阻R4’和惠斯通次级桥电阻R3’顺次串联形成惠斯通次级桥，惠斯通次级桥上带有惠斯通次级桥输入电源和惠斯通次级桥输出端；薄膜设置在电阻上，用来感受外部压力。
所述的各电阻为掺杂的硅或多晶硅材料件。
所述的薄膜为硅薄膜件。
使用带有四个电阻的薄膜，连接在惠斯通电桥中。
主要用来感受外部压力。电阻材料能为掺杂的硅、多晶硅。
一种新型压力传感器的设计方法，其特征在于：采用压阻式压力传感器温度补偿方法，基于次级惠斯通电桥的设计，对由于温度变化引起的机械应力敏感，次级惠斯通电桥信号用来对压阻压力传感器进行温度补偿；次级电信号来源于位于敏感薄膜上的次级惠斯通电桥，主惠斯通电桥对于外界应力敏感，次级惠斯通电桥也能对外部压力敏感，利用次级惠斯通电桥的信号能增强压力传感器灵敏度。
设计一个次级惠斯通电阻桥，次级惠斯通电阻桥对热诱导的应力具有高灵敏度，同时对压力不敏感。ASIC能使用次级桥的信号来消除主信号的杂散信号，次级桥直接测量的是薄膜应力，而不是温度。因此绕开了不确定性来源，如装配/封装封装，使得补偿偏移更有效。二级桥也能对压力敏感，能通过设计使次桥信号具有与主桥信号相同的符号，而响应于热应力，次桥信号具有与主桥信号相反的符号。通过这种方式，利用适当的修正系数，能组合两个信号，使得对热应力的总灵敏度为零，而相对于主桥，对压力的总灵敏度增加。
设计一个次级惠斯通电桥，对压力不敏感，只对由温度变化引起的应力，或者其他不明原因应力变化敏感，实现了一种新的压力传感器温度补偿方法。
实施例2
本发明提供了一种新型压力传感器，其特征在于：所述的新型压力传感器，包括惠斯通主桥电阻R1，惠斯通主桥电阻R2，惠斯通主桥电阻R3，惠斯通主桥电阻R4，惠斯通次级桥电阻R1’，惠斯通次级桥电阻R2’，惠斯通次级桥电阻R3’，惠斯通次级桥电阻R4’，惠斯通主桥输入电源，惠斯通次级桥输入电源，惠斯通主桥输出，惠斯通次级桥输出，薄膜；
其中：惠斯通主桥电阻R1、惠斯通主桥电阻R2、惠斯通主桥电阻R4和惠斯通主桥电阻R3顺次串联形成惠斯通主桥，惠斯通主桥上带有惠斯通主桥输入电源和斯通主桥输出端；惠斯通次级桥电阻R1’，惠斯通次级桥电阻R2’，惠斯通次级桥电阻R4’和惠斯通次级桥电阻R3’顺次串联形成惠斯通次级桥，惠斯通次级桥上带有惠斯通次级桥输入电源和惠斯通次级桥输出端；薄膜设置在电阻上，用来感受外部压力。
所述的各电阻为掺杂的硅或多晶硅材料件。
主要用来感受外部压力。电阻材料能为掺杂的硅、多晶硅。
一种新型压力传感器的设计方法，其特征在于：采用压阻式压力传感器温度补偿方法，基于次级惠斯通电桥的设计，对由于温度变化引起的机械应力敏感，次级惠斯通电桥信号用来对压阻压力传感器进行温度补偿；次级电信号来源于位于敏感薄膜上的次级惠斯通电桥，主惠斯通电桥对于外界应力敏感，次级惠斯通电桥也能对外部压力敏感，利用次级惠斯通电桥的信号能增强压力传感器灵敏度。
设计一个次级惠斯通电阻桥，次级惠斯通电阻桥对热诱导的应力具有高灵敏度，同时对压力不敏感。ASIC能使用次级桥的信号来消除主信号的杂散信号，次级桥直接测量的是薄膜应力，而不是温度。因此绕开了不确定性来源，如装配/封装封装，使得补偿偏移更有效。二级桥也能对压力敏感，能通过设计使次桥信号具有与主桥信号相同的符号，而响应于热应力，次桥信号具有与主桥信号相反的符号。通过这种方式，利用适当的修正系数，能组合两个信号，使得对热应力的总灵敏度为零，而相对于主桥，对压力的总灵敏度增加。
设计一个次级惠斯通电桥，对压力不敏感，只对由温度变化引起的应力，或者其他不明原因应力变化敏感，实现了一种新的压力传感器温度补偿方法。
实施例3
本发明提供了一种新型压力传感器，其特征在于：所述的新型压力传感器，包括惠斯通主桥电阻R1，惠斯通主桥电阻R2，惠斯通主桥电阻R3，惠斯通主桥电阻R4，惠斯通次级桥电阻R1’，惠斯通次级桥电阻R2’，惠斯通次级桥电阻R3’，惠斯通次级桥电阻R4’，惠斯通主桥输入电源，惠斯通次级桥输入电源，惠斯通主桥输出，惠斯通次级桥输出，薄膜；
其中：惠斯通主桥电阻R1、惠斯通主桥电阻R2、惠斯通主桥电阻R4和惠斯通主桥电阻R3顺次串联形成惠斯通主桥，惠斯通主桥上带有惠斯通主桥输入电源和斯通主桥输出端；惠斯通次级桥电阻R1’，惠斯通次级桥电阻R2’，惠斯通次级桥电阻R4’和惠斯通次级桥电阻R3’顺次串联形成惠斯通次级桥，惠斯通次级桥上带有惠斯通次级桥输入电源和惠斯通次级桥输出端；薄膜设置在电阻上，用来感受外部压力。
一种新型压力传感器的设计方法，其特征在于：采用压阻式压力传感器温度补偿方法，基于次级惠斯通电桥的设计，对由于温度变化引起的机械应力敏感，次级惠斯通电桥信号用来对压阻压力传感器进行温度补偿；次级电信号来源于位于敏感薄膜上的次级惠斯通电桥，主惠斯通电桥对于外界应力敏感，次级惠斯通电桥也能对外部压力敏感，利用次级惠斯通电桥的信号能增强压力传感器灵敏度。
设计一个次级惠斯通电阻桥，次级惠斯通电阻桥对热诱导的应力具有高灵敏度，同时对压力不敏感。ASIC能使用次级桥的信号来消除主信号的杂散信号，次级桥直接测量的是薄膜应力，而不是温度。因此绕开了不确定性来源，如装配/封装封装，使得补偿偏移更有效。二级桥也能对压力敏感，能通过设计使次桥信号具有与主桥信号相同的符号，而响应于热应力，次桥信号具有与主桥信号相反的符号。通过这种方式，利用适当的修正系数，能组合两个信号，使得对热应力的总灵敏度为零，而相对于主桥，对压力的总灵敏度增加。
设计一个次级惠斯通电桥，对压力不敏感，只对由温度变化引起的应力，或者其他不明原因应力变化敏感，实现了一种新的压力传感器温度补偿方法。

Claims (5)

1.一种新型压力传感器，其特征在于：所述的新型压力传感器，包括惠斯通主桥电阻R1，惠斯通主桥电阻R2，惠斯通主桥电阻R3，惠斯通主桥电阻R4，惠斯通次级桥电阻R1’，惠斯通次级桥电阻R2’，惠斯通次级桥电阻R3’，惠斯通次级桥电阻R4’，惠斯通主桥输入电源，惠斯通次级桥输入电源，惠斯通主桥输出，惠斯通次级桥输出，薄膜；
其中：惠斯通主桥电阻R1、惠斯通主桥电阻R2、惠斯通主桥电阻R4和惠斯通主桥电阻R3顺次串联形成惠斯通主桥，惠斯通主桥上带有惠斯通主桥输入电源和斯通主桥输出端；惠斯通次级桥电阻R1’，惠斯通次级桥电阻R2’，惠斯通次级桥电阻R4’和惠斯通次级桥电阻R3’顺次串联形成惠斯通次级桥，惠斯通次级桥上带有惠斯通次级桥输入电源和惠斯通次级桥输出端；薄膜设置在电阻上，用来感受外部压力。
2.按照权利要求1所述的新型压力传感器，其特征在于：所述的各电阻为掺杂的硅或多晶硅材料件。
3.按照权利要求1所述的新型压力传感器，其特征在于：所述的薄膜为硅薄膜件。
4.一种如权利要求1所述的新型压力传感器的设计方法，其特征在于：采用压阻式压力传感器温度补偿方法，基于次级惠斯通电桥的设计，对由于温度变化引起的机械应力敏感，次级惠斯通电桥信号用来对压阻压力传感器进行温度补偿；次级电信号来源于位于敏感薄膜上的次级惠斯通电桥，主惠斯通电桥对于外界应力敏感，次级惠斯通电桥也能对外部压力敏感，利用次级惠斯通电桥的信号能增强压力传感器灵敏度。
5.按照权利要求4所述的新型压力传感器的设计方法，其特征在于：设计一个次级惠斯通电阻桥，次级惠斯通电阻桥对热诱导的应力具有高灵敏度，同时对压力不敏感。ASIC能使用次级桥的信号来消除主信号的杂散信号，次级桥直接测量的是薄膜应力，而不是温度。因此绕开了不确定性来源，如装配/封装封装，使得补偿偏移更有效。二级桥也能对压力敏感，能通过设计使次桥信号具有与主桥信号相同的符号，而响应于热应力，次桥信号具有与主桥信号相反的符号。通过这种方式，利用适当的修正系数，能组合两个信号，使得对热应力的总灵敏度为零，而相对于主桥，对压力的总灵敏度增加。
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