压力传感器四种敏感原理有什么区别?温度补偿该怎么做?

我们一套气体压力监测装置量程 0~1 MPa,现场温度 10~40 ℃ 波动。应变式、电容式、压阻式、谐振式四种原理资料里都有,想问清楚:各自把压力转成什么信号,温漂出在哪一环?

一、四种原理的信号形式

  • 应变式:膜片应变引起应变片阻值变化,经电桥输出 mV/V 级电压;信号小,需低噪声放大与稳定激励。
  • 电容式:压差改变膜片与电极间距,电容量按 εA/d 变化,常用差动比值解调;对微压灵敏,但怕寄生电容。
  • 压阻式:硅膜片扩散四个压阻条,靠压阻效应改变电阻率并接成电桥;灵敏度高、体积小。
  • 谐振式:压力改变弹性元件应力,进而改变谐振梁固有频率,输出频率量,长期漂移小。

二、温漂从哪里来

弹性模量与压阻系数随温度变化形成灵敏度漂移;电阻温度系数、敏感层与基底热膨胀失配产生附加热应变,表现为零点漂移;封装与充油结构的热应力再叠加到膜片。电容式另计入介电常数变化与间隙热胀,谐振式则是频率温漂。参照 GB/T 15478 做静态与温度试验可分项观测。

三、补偿层次与权衡

  1. 结构层:应变式用温度自补偿片让相邻桥臂温漂互抵;电容式用差动比值与屏蔽驱动;谐振式靠材料切型、真空封装与温度谐振器做差频修正。
  2. 电路层:电阻式在桥臂串并温度系数相反的补偿电阻;压阻式改用恒流激励,桥压随温升升高可部分抵消压阻系数下降;四线制消除引线电阻影响。
  3. 数字层:内置测温元件后在多温度点标定零点、满度与非线性,用多项式或查找表修正,残差按 JJF 1059.1 计入不确定度。

层数越多标定成本越高;宽温区且精度等级要求高时,宜先选温漂平缓的原理再叠加数字补偿。

四、维护与通用原则

按周期复校零点与满度,记录同温度下的漂移趋势,区分元件老化与补偿参数失效;避免冷凝与颗粒介质冲击膜片,留意过载后能否回零。

  • 按精度等级确定原理类型与补偿深度;
  • 按介质特性确定隔离膜片与灌充结构;
  • 按温度范围决定标定温度点数量并复测温补残差。