[发明专利]具有完整温度信号的应变仪传感器

说明书

本发明涉及电阻应变仪压力传感器，尤其涉及这种传感器的温度补偿。

在电阻压力传感器的工作环境中的温度变化会在这种压力输出信号中产生明显的误差。电阻桥式传感器的电阻率温度系数的微小变化会产生一种偏移误差和膜片的柔软性明显下降，从而u产生灵敏度误差。因而，经常必需通过测量该压力传感器的温度和校正该压力输出信号来补偿由于温度变化所产生的误差。

有几种能部分校正电阻压力传感器中的温度感应误差的方法。许多方法是使用一种分离的温度敏感元件，例如一种热电偶、热敏电阻或二极管。这些元件测量靠近该压力传感器的温度并生成取决于该传感器的环境条件的校正信号。其它方法包括选择该桥式电路的热系数和诸如电阻的温度补偿元件，以便从整体上平衡该桥式电路。

具有这种现有技术方法的一个问题是，在例如加热的动态状态期间，将出现在压力信号和温度信号之间经常产生一种相位滞后的瞬时温度偏移或其他瞬时温度状态。这种相位滞后是由在两个同时接收随时间变化的激励源的电元件之间的内在的不理想的热耦合所引起的，这种激励源如温度起伏不是同时到达并影响该温度敏感元件和压力传感器。因此，在校正压力输出信号时会产生误差。

本发明提供一种具有电阻桥式电路的应变仪压力传感器，此电阻电桥电路利用流经它的电流测量温度变化并提供一个温度校正信号。本发明使用比较少的电气元件，并且由单独的桥式电路不仅同时产生与加在该电桥上的压力有关的一个模拟输出信号，而且同时产生一个与该电桥的温度有关的模拟输出信号。

与本发明有关的电气元件包括一个电阻压力传感器和信号处理电路，该信号处理电路包括一个读出(检测)电阻和三个放大器，其中有两个放大器也是利用增益调整电阻。跨接在该桥式电路两端的恒定电位将确保该桥式电路电阻的热感应变化将引起流经该桥式电路的电流的变化。读出电阻器与桥式电路是这样连接，以便使流经该桥式电路的电流流过该读出电阻器。温度输出信号和压力输出信号的内在耦合是由既起温度敏感元件作用又起压力敏感元件作用的桥式电路造成的。

读出电阻器两端的电位降的测量与放大将提供一个用来校正由温度变化引起的压力输出信号中的误差的温度信号。此后，应用大家熟知的信号调节技术将允许在宽温范围进行高精度压力测量。

在一种实施例中，由同一材料构成并同时被构成作为桥式电路电阻器的在压力传感器基片上形成的对偶电阻器将允许对传感器灵敏度的瞬时的以及温度感应的变化进行补偿。这些对偶增益调整电阻器被连接到一个桥式电路放大器以便固定该放大器的增益调整比率，由于该电阻器的公共偏差，该放大器不随温度的变化而变化，而且，该传感器基片的批量生产技术的变化与本发明的压力输出信号的精确度不相抵触。这一方法将产生一种高互换传感器设计。该设计在传感器失效和连续替换之后要求重新校准或变换外部信号处理电路系统，因此，将导致时间和金钱大量地节省。

很多不同类型的压力传感应用将得益于本发明的应用，它包括薄膜应变仪传感器，详细情况如已透漏在被分派给本代理人的美国专利号4,777,826中，因此，要结合起来参考。

图1是一个本发明的压力传感设计和温度补偿设计的功能方框图；

图2是一个与本发明的温度补偿电路相连接的压力传感器示意图；以及

图3是一个适用于本发明的压力传感器的平面示图。    

如图1所示，本发明的压力传感器电路10是由对外加压力敏感的，用字母“P”标志的第一块电路板11组成。第一块电路板11包括连接信号处理电路系统14的压力传感器12，信号处理电路系统14又与包含微计算机系统18的第二块电路板15相连接。微计算机系统访问来自固定存贮器20的预加载压力温度校正系数，以便产生代表实际外加压力Pcorr的数字输出信号。在所示的实施例中，一个适当的电磁干扰(EMI)滤波器22将保护压力传感器电路10避免不希望的电磁干扰。像在此处的优先实施例的航天应用指定使用EMI滤波器22。但是，像法拉第笼蔽的其他适当的屏蔽将是以满足本发明的其他应用。