如何最小化压力传感器的预热漂移@ALLSENSORS

压力传感器的温漂现象会导致读数波动，直到系统达到工作温度。这种情况通常影响不大。然而，在医院呼吸机、肺功能检测设备、新生儿监护仪等需要持续高精度的医疗设备中，这种温漂是不可接受的。检查基础压阻式压力传感器有助于了解预热漂移的影响。

该传感器由主体（即“芯片”）和表面带有四个压阻扭转结构的薄硅膜片构成。压阻元件会随应力变化改变电阻值，通常采用桥式结构布局，并精准安装在膜片表面以增强对膜片形变的响应。这种设计能有效提升膜片两侧压差变化时的响应灵敏度。

预热漂移

基本压力传感器中存在两种主要的预热漂移来源。其一是传感元件的预热偏移。当系统达到工作温度时——

管子、表面温度以及由此产生的热热点（表面贡献）在芯片和隔膜表面引起电阻桥的不平衡。电阻传感元件的温升与耗散功率成正比，因此与传感器激励电压的平方成正比（ΔTαV2）。

因此，将激励电压降低一半时，传感元件的温升会减少四分之一，从而使得预热表面状况也相应降低四倍。由于传感器的信号电平也会随之降低四分之一，

在两种情况中（采用降低的供电电压），其总体效果是将表面贡献的预热误差降低一半。但是，降低传感器电源会对系统电子噪声水平产生不利影响。

另一种优选方案是根据系统带宽需求调节传感器供电电压。具体来说，仅在需要时为传感器供电。这种设计将传感器的供电时间调整为平均占空比（即工作周期），从而有效抑制热启动漂移现象。虽然该方法的实现机制稍显复杂，但能带来卓越性能表现，且不会影响系统噪声水平。

此处，应用程序的功率脉冲之间的周期p是指关闭电源的时间加上打开电源的时间。这是所有信号稳定和传感器进行读数所需的时间。

例如，考虑一个每500 ms需要读数的设备，其稳定时间为4 ms，信号采集时间为1 ms。与非调制系统相比，传感器的平均功率仅为施加功率的1%（[1 ms + 4 ms]/500 ms）。

当然，该时间段取决于应用程序的采样要求。由于表面电荷的影响，p和时间t的恒定性非常重要。但是，考虑到调节传感器电源的好处，这是一个次要的限制。

温度补偿技术

另一个导致预热漂移的根源其实更多是感知特性，这与系统的温度补偿技术密切相关。这类系统通常配备外部温度传感器，用于校准压力传感器以消除温度影响。双传感器系统在外部设备与膜片表面温度之间会产生温差梯度。这种温差梯度稳定所需的时间，就会被感知为预热漂移现象。

通过使用传感器电阻（随温度变化的电桥电阻）作为温度传感元件，可以最大限度地减少这种影响。在这里，压力传感器电桥替代了电路中通常使用的热敏电阻（一种用于测量温度变化的电阻器），从而有效地形成了一个惠斯通电桥。传感器桥具有较高的正温度系数（TCR），因此温度升高会导致电路温度监测部分的信号输出电压（Vt）逐渐呈现负电性变化。Vt相对于参考电压 (Vref）的变化，实际上是对传感器温度本身的有效测量。系统电子设备将此测量值作为压力传感器的校准温度基准。由于无需依赖外部温度传感器，系统中不存在温度梯度，因此消除了所谓的预热漂移现象。更令人欣喜的是，通过结合电源调节与温度补偿技术，几乎可以完全消除预热漂移的影响。