浅谈传感器的温度补偿技术

摘要：从原理上论述了温度对传感器性能的影响，包括零点漂移、灵敏度随温度的变化。介绍了温度补偿的方法，提出了利用单片机进行温度补偿，实验结果表明，该温度补偿是一种行之有效的方法。
关键词：传感器；温度误差；灵敏度：补偿技术

1 引言
传感器广泛应用于各种工农业生产实践中，一切科学研究和生产过程要获取信息都要通过其转换为易传输与处理的电信号，但大多数传感器的敏感元件采用金属或半导体材料，其静特性与环境温度有着密切的联系。实际工作中由于传感器的工作环境温度变化较大，又由于温度变化引起的热输出较大，将会带来较大的测量误差；同时，温度变化也影响零点和灵敏度值的大小，继而影响到传感器的静特性，所以必须采取措施以减少或消除温度变化带来的影响，即必须进行温度补偿。

2 温度补偿技术
在传感器的应用中，为使传感器的技术指标及性能不受温度变化影响而采取一系列具体技术措施，称为温度补偿技术。一般传感器都在标准温度(20+5)℃下标定，但其工作环境温度也可能由零下几十摄氏度升到零上几十摄氏度。传感器由多个环节组成。尤其是金属材料和半导体材料制成的敏感元件，其静特性与温度有着密切的关系。信号调理电路的电阻、电容等元件特性基本不随温度变化，必须采取有效措施以抵消或减弱温度变化对传感器特性造成的影响。
2．1 温度误差灵敏度
温度误差灵敏度是指传感器输出变化量与引起该输出量变化的温度变化量之比，即St=эy／эT，显然传感器的S越小，适应环境温度变化的能力越强，其温度附加误差就越小。
环境温度T对传感器输出的影响如图1所示，传感器的输出y是输入被测量x、环境温度T的函数，即y=f(x,T)。

当传感器的输出y与输入x之间为线性关系时，则有

式中，a0(T)是传感器的零位输出；a1(T)是传感器的灵敏度。
这时，传感器的温度误差灵敏度St为：

从式(2)看出两项组成，前者为传感器零位输出温度误差灵敏度，其大小反映传感器零点随温度漂移的快慢；后者为传感器输出特性曲线的斜率(即灵敏度)的温度误差灵敏度，其大小反映传感器量程随温度变化的快慢。
当传感器的输出与输入之间为非线性关系时，这种关系可用有限项的幂函数近似表示为：

这时，传感器的温度灵敏度为：

因此，为降低温度变化对传感器工作造成影响，应设法减小温度误差灵敏度。可从两方面考虑：减小传感器零位输出温度误差灵敏度，使传感器的减小传感器对温度的敏感性，使
2．2 并联式温度补偿原理
并联式温度补偿是人为地附加一个补偿环节，如图2所示。

图2中，y=a0(T)+a1(T)x是被补偿部分的特性，而y'=a0'(T)+a1'(T)x是补偿环节特性。总输出y1与输入x、T的增量表达式为：

由式(5)得到，为达到温度补偿的目的，其选择温度补偿环节的条件是：