数据采集系统变送器零点漂移的解决方法_毕业论文.doc

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1、学校代码 10126 学号 00924010 分 类 号 密级 本科毕业论文（设计）数据采集系统变送器零点漂移的解决方法学院、系 电子信息工程学院自动化系 专业名称 自动化 年 级 2009级 学生姓名 王丰 指导教师 赵子先 2013 年 5 月 18 日III 内蒙古大学本科毕业论文(设计) 数据采集系统变送器零点漂移的解决方法摘要 压力变送器在工业现场是重要的检测传送装置，而基于扩散硅的压力传感器由于自身的精度高、灵敏度高、稳定性好、线性度优良、反应迅速、迟滞性小等特性优势，以及价格低廉等市场优势，使其在近30年中得以快速发展，并广泛应用于工业冶金、航空航天等众多领域。目前多数压力变送器

2、的研发者倾向于利用压阻式扩散硅压力传感器作为信号的传送环节。但是由于技术等多方面限制，压阻式压力传感器易受现场温度变化的影响，从而产生零点漂移。而多数的制造厂商不能生产没有零点漂移的传感器，这就需要我们对压力传感器的零点漂移进行研究及温度补偿。 本文从压阻式压力传感器的电路入手，分析了压力传感器的工作特性以及产生零点漂移的原因。通过对相关资料的研习，文章试图将现有的技术较为成熟、效果较为优良的零点漂移的补偿方法加以整理、汇集，这些方法既包括硬件电路补偿设计，也涵盖软件程序补偿。软件补偿技术由于其成本低、效果好而越来越受到关注。因此本文着重介绍了压力传感器软件补偿零点漂移的方法，并对其中的基线、

3、斜率去除零漂的方法进行了深入探讨。作者介绍了基线、斜率去零漂的计算理论，同时尝试编写了相关的算法程序，并对航天科工集团下导弹发射采集的曲线数据进行校正。在最后，本文提出了改进的方向。关键词：压力变送器，扩散硅压力传感器，零点漂移，补偿方法THE SOLUTION METHOD OF TRANSMITTER ZERO DRIFT IN DATA ACQUISITION SYSTEM Author: Wang Feng Tutor: Zhao ZixianABSTRACT Pressure transducer is the detection of transmission device，whi

4、ch is important in the field of industrialDue to its high accuracy，high sensitivity，good stability，good linearity，fast response and small hysteresis characteristic advantages,and the low price market advantage，diffused silicon pressure sensor has been developed rapidly in the resent 30 years，and is

5、widely used in many fields，such as aerospace，industry metallurgyNowadays most pressure transmitter developers tend to use piezoresistive diffused silicon pressure sensor as a signal transmission linkHowever，due to the technology and many other restrictions，piezoresistive pressure sensor is susceptib

6、le to the effects of temperature variations at the scene，resulting in zero drift.Whereas most manufacturers can not produce the sensor without zero drift，this situation requires us to study the pressure sensor zero drift and temperature compensation Starting from the circuit for piezoresistive press

7、ure sensor，this paper analyzes the characteristics of pressure sensor and finds out the reason of producing zero driftThrough the study of the relevant information，the article attempts to tidying up and bringing together existing zero drift compensation methodsThe technology of these methods is more

8、 mature ，and the effect is more excellentThese methods include both hardware circuit design and software program of compensation Software compensation technology has attracted more and more attention because of its low cost and good effectThis article focuses on the pressure sensor software compensa

9、tion method of zero drift，and the baseline,slope method of removing zero drift is discussed The author introduces the baseline，slope method of removing zero drift theory of computation，at the same time ，the author try to write the relevant algorithm procedures，and correct the curve data of CASIC mis

10、sile launchingIn the end，this paper puts forward the direction of improvementKey Words: pressure transmitter，diffused silicon pressure sensor，zero drift，compensation method目 录第一章 绪论11.1 变送器发展现状11.2 对课题的解读11.3 国内外压力传感器发展现状及发展趋势21.3.1 国内外压力传感器发展概况21.3.2 当前国际对压力传感器研究方向及未来趋势21.4 课题研究的意义31.5 当前国内外对相关课题的研

11、究进展41.6 课题研究的主要内容4第二章 压力传感器的工作特性及其零点漂移52.1 压阻式压力传感器的静态特性指标52.2 压阻式压力传感器的工作原理分析62.2.1 半导体材料的压阻效应62.2.2 压阻系数72.2.3 压阻式压力传感器的内部构造及工作原理92.3 压阻式压力传感器的热零点漂移问题的研究102.3.1 压阻式压力传感器零点漂移的表示102.3.2 零点热漂移产生原因的半导体理论分析112.3.3 零点热漂移产生原因的电路分析11第三章 压力传感器热零点漂移的补偿技术143.1 硬件零点补偿方法143.2 软件补偿零点漂移方法163.2.1 基线、斜率去除零漂方法163.2

12、.2 多项式拟合规范化法183.2.3 RBF神经网络法203.3 本章小结21第四章 零点漂移补偿算法的C语言实现与测试224.1 基线、斜率去除零点漂移的流程图设计224.2 变量定义及部分运行程序234.3 结果分析25结论35致谢36参考文献37附录3844 内蒙古大学本科毕业论文(设计) 第 页 第一章 绪论1.1 变送器发展现状 变送器作为重要的基础自动化仪表被广泛应用于工业现场的传送与检测过程。回顾变送器的发展历程，大致经过了以下几个阶段： （1）起初生产的变送器工作原理是大位移，这一时期的变送器的精确度很低，而且重量较大。 （2）进入上世纪50年代产生了基于力平衡的差压变送器，

13、这种变送器比大位移式变送器精确度要高，但是存在易受现场干扰等技术缺点。 （3）第三个阶段出现的变送器其特点是采用新型的材料，比之上几代的变送器精确度得到了改善。 （4）到了20世纪90年代，随着电子技术的迅猛发展，变送器的技术性能得到极大提高，并向智能化方向发展。1.2 对课题的解读随着传感器的不断发展，随之产生了变送器。根据一般化的定义，我们认为变送器输出的信号全部是标准信号，具体说就是信号物理量的形式和数值范围均符合国际标准。例如直流电流420mA、空气压力20100kPa都是当前通用的标准信号。变送器就是把传感器采集到的微弱的电信号放大以便转送或启动控制元件，或将传感器输入的非电量转换成

14、电信号，同时将电信号放大以便供远方测量。本文题目是数据采集系统变送器零点漂移的解决方法，这里的数据采集系统变送器是由测压元件传感器、模块电路、显示表头、表壳和过程连接件等组成。它能将接收的气体、液体等压力信号转变成标准的电流电压信号，以供给记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节。变送器的传输误差可能来源于其中的任何一个环节，例如传感器环节的热零点漂移、电漂移、灵敏度漂移，以及来自工业现场的信号干扰等等。这里的数据采集系统中变送器的零点漂移主要是指压力传感器这一环节的热零点漂移问题。以下就压力传感器的相关信息做一些介绍。1.3 国内外压力传感器发展现状及发展趋势1.3.1 国内外压力传

15、感器发展概况由于在工业现场常常需要对温度、压力、湿度等指标进行采集，因此传感器在各个领域得到广泛的应用。1945年史密斯发现了压阻效应，压阻式压力传感器的原理正是基于硅的压阻效应。随着材料技术以及微电子技术的迅速发展，压力传感器也得到了长足的发展。早在1983年，美国的Honeywen公司就研发出了ST3000-100系列，这是世界首台智能化工业现场仪表。在同一时期，日本东芝集团也推出了压阻式智能压力传感器，这种传感器通过软件实现了对温度漂移的补偿，使精确度得到了改善。进入上世纪90年代，美国、德国等西方几大电子制造公司研发出了全数字技术和远程配置系统，这使得新兴的智能压力传感器得到迅猛发展。

16、 相对于国外，我国压力传感器起步较晚。在20世纪80年代，我国将压力传感器作为高新技术重点项目来发展。从已取得的成就来看，我国对压力传感器的研发除了专业的电子公司外，以河北工业大学、西安交通电子大学、哈尔滨工业大学等为代表的众多高校不断进行研究并取得新的成果与进展，这就为我国传感技术的发展提供了重要的学术理论支撑，并使得我们传感器技术得以快速发展。值得一提的是，位于湖南长沙的索普测控技术公司在2003年成功研发出纳米型压力传感器，其优良的性能已经超越美国的超微型传感器，进入世界前列。但总体来说，由于我国对压力传感器的发展起步较晚，较之美国、日本、德国等老牌电子产业大国，我国压力传感器不论从性能

17、还是水平，都有一定的差距。1.3.2 当前国际对压力传感器研究方向及未来趋势从目前各个国家的研究情况及市场需求来看，压力传感器的发展主要集中在以下几个方面1： （1）着重研发适于高温作业的压力传感器：这类传感器以新型半导体材料为膜片的压阻式压力传感器为代表。在上世纪末，Ziermann，Rene 和 VonBerg,Jochen 等学者向大众推出了使用新型材料单晶型 -SiC制成的压力传感器，用这种材料制成的压力传感器具有耐高温、抗辐射的性能。而后Okojie,RobertS 和 Ned,AlexanderA 等人又研发出了可工作在更高温度条件下的 6HSiC 压阻式压力传感器。 （2）以微机

18、械加工为特点的压力传感器得以发展：这一类压力传感器有着较高的线性度，通常制作成微型、甚至是超微型传感器并广泛应用于医学领域的器官数据采集中。如在1997年，Marco,S 和 Samitier,J等人研究出了用超薄膜片构成的高性能的压阻式压力传感器，并应用于测量血管压力。 （3）以热零点漂移为代表的补偿问题受到关注：在传感器的应用过程中，一直存在传感器的线性度等受到温度影响而发生漂移的问题。这类问题在对传感器线性度要求不是很高的工业现场往往受到人们的忽略。可是随着传感器不断往智能化发展，传感器应用的领域越发精细，对压力传感器的精确度要求也越高，这就使得温度漂移的补偿成为人们研究的重点课题。 （

19、4）利用压阻效应制成加速度传感器：现在，用微机械加工工艺研制三维压阻式加速度计成为主要的研究对象,这类传感器主要用于检测加速度。 （5）更多的人致力于数据采集系统的设计：在工业现场或者实验室中，往往不同的环境温度对应需要不同的数据采集传输系统，这就让人们不得不考虑各种干扰因素以保证数据的准确性。以无线数据采集技术为基础的无线数据采集系统得到推广运用。无线数据采集系统弥补了传统中传感器系统因复杂的现场连线而导致的诸多干扰和影响。未来的传感器发展的趋势必定是朝着“五化”前进，即小型化、集成化、智能化、系列化、标准化。在今后，加入更多智能补偿算法的压力传感器会得到重视，更加微型化的高集成传感器会被广

20、泛应用于多种领域。1.4 课题研究的意义在各种类型的数据采集系统中，数据采集卡采集传感器传输的数据，经A/D转化，输出数字信号被计算机识别。在这一过程中，如果传感器存在零点漂移，会严重影响采集数据的精度。传感器产生零点漂移的根源是由于环境温度的变化，尤其是剧烈变化时，会引起压力传感器的电路元件的参数发生变化，从而使一些与被测量无关的信号也作为输出信号一并输出，这种由于零点漂移而产生的无关信号会被误认为是测得的真实信号，若不对传感器的零点漂移加以补偿，不仅影响数据处理工作，也会影响到传感器的静态特性。1.5 当前国内外对相关课题的研究进展对于压阻式压力传感器的零点漂移的补偿这一课题，大体分为硬件

21、补偿和软件补偿。在这一领域，国外已经做了很多研究，并取得了相当成熟的成果。从硬件补偿来说，早在前苏联，.r 等人就已经研究并推导出了压力传感器补偿电路的电阻计算公式，而后双电桥补偿法，桥外串、并联热敏电阻补偿法等技术也日益完善与成熟。在软件补偿这一方向，许多学者也提出了行之有效的方法，例如插值法、多项式拟合法、BP神经网络法等。随着理论的深入研究，国外一些大公司纷纷作出了自己的补偿模块。与国外相比，虽然国内对压力传感器补偿的研究着手较晚，但也取得了很大进步。例如沈阳仪器仪表工艺研究所在国内首次解决了扩散硅力敏芯片的零点温度自补偿工艺。随着压力传感器的不断智能化，纯硬件电路补偿的方法暴露出许多缺

22、陷，而软件补偿技术越来越受到人们的关注。1.6 课题研究的主要内容本文主要分析了压力传感器的工作特性，并分析了压力传感器产生零点漂移产生的原因。通过阅读相关文献，本文力图全面整理并学习国内外在相关领域的研究方法，简单从硬件电路设计上介绍了电路补偿法，重点利用软件方法讨论了基线、斜率去除零点漂移的方法、多项式规范化拟合原理以及人工神经网络技术，对相关算法编写了程序，并进行分析调试，结果表明简单实用。第二章 压力传感器的工作特性及其零点漂移 2.1 压阻式压力传感器的静态特性指标传感器的静态特性就是指当被测量x不随时间变化，或随时间变化的程度远缓慢于传感器固有的最低运动模式的变化程度时，传感器的输

23、出量y与输入量x之间函数关系。压力传感器主要有以下几种静态性能指标： （1）静态灵敏度传感器被测量的单位变化量引起的输出变化量称为静态灵敏度，其表达式为 静态灵敏度是重要的性能指标。它可根据传感器的测量范围、抗干扰能力等进行选择；特别是对传感器中的敏感元件，其灵敏度的选择尤为关键。 （2）线性度理论上来说，传感器的静态特性是一条直线，但实际上，由于种种原因传感器的实测输入/输出关系并不是一条直线，因此传感器实际的静态特性的校准特性曲线与某一参考直线不吻合程度的最大值就是线性度，其计算公式为 式中 n个测点中的最大偏差； 满量程输入。 （3）零点漂移 当传感器的输入和环境温度不变时，输出量随时间

24、变化的现象就是漂移。它是由于传感器内部各个环节性能不稳定，或内部温度变化引起的，是反映传感器稳定性的指标。零点漂移可由下式来计算 式中 在规定的温度保温一小时后，传感器零点输出的平均值； 在室温时，传感器零点输出的平均值； 在室温时，传感器满量程输出的平均值； 在规定的温度保温一小时后，传感器满量程输出的平均值。2.2 压阻式压力传感器的工作原理分析 利用压阻式变换原理可以制成压敏电阻，压敏电阻可以感受物体受力时产生的应变力。应力让压敏电阻的阻值发生变化，通过电桥进一步将电阻变化转化为电压或者电流的变化。利用压阻式变换原理制成的传感器即为压阻式传感器。2.2.1 半导体材料的压阻效应当固体受到

25、作用力后其电阻率会发生变化，这一现象称为固体的压阻效应。所有的固体均具有这一特点，其中以半导体材料最为显著，因而最具有实用价值。半导体材料的压阻效应通常有两种应用方式：一种是利用半导体材料的体电阻做成黏贴式应变片；另一种是在半导体材料的基片上，用集成电路工艺制成扩散型压敏电阻，扩散型硅压力传感器运用的正是这种效应2。以下对扩散型压敏电阻效应做简单讨论。我们知道，对给出的某种材料，其电阻的变化率可以写为以下形式： =+2 （2.2.1）对于金属而言，很小，电阻的应变效应主要是由式（2.2.1）中的后两项形成的；而对于半导体来说，却很大，这是由半导体材料的导电特性决定的。大量实验表明：半导体材料的

26、电阻率相对变化可写为 = (2.2.2)式中 压阻系数（Pa），表示单位应力引起的电阻率相对变化量； 应力（Pa)。对单向受力的晶体，令=E。由式（2.2.2），电阻率的变化率可写为 =E则电阻的变化率可写为=+2=（E+2+1）=K其中K=E+2+1E在半导体材料中的应变系数远大于金属片的应变系数，而且其应变系数的变化主要是由电阻率的相对变化引起的。因此，我们可以得出 =E 压阻式压力传感器主要优点是：压阻系数很高，分辨率较高，动态响应好，但其最大的缺点就是压阻效应的温度系数大，存在较大的温度误差。2.2.2 压阻系数对于应变片的应变效应，有2 =+相应的对于半导体电阻的压阻效应，有 =+

27、（2.2.3）式中 ，纵向压阻系数和横向压阻系数（Pa）； ，纵向应力和横向应力对于单晶硅任意方向的压阻系数计算如图2.1.1： 3 1 2 PQ IO 2 1 3 图2.2.1 单晶硅任意方向的压阻系数计算图1，2，3为单晶硅立方晶体的主轴方向；在任意方向形成压敏电阻条R,P为压敏电阻条R的主方向，又称纵方向;Q为压敏电阻条R的副方向，又称横向。方向1是由电阻条的实际长度方向决定的，记为1方向；Q方向是由电阻条的实际受力方向决定的，记为2方向。定义，分别为纵向压阻系数和横向压阻系数，且有 =2（）（） =+（）（）式中 单晶体的纵向压阻系数； 单晶硅横向压阻系数； 单晶硅的剪切压阻系数； ，

28、P方向在标准的立方晶格坐标系中的方向余弦； Q方向在标准立方晶格坐标系中的方向余弦。利用式（2.2.3）就可以计算任意方向的电阻条的压阻效应。2.2.3 压阻式压力传感器的内部构造及工作原理硅压阻式压力传感器的结构示意图如下： 图2.2.2 压阻式压力传感器结构示意图压阻式压力传感器利用具有压阻效应的半导体材料作为敏感元件，用ISO技术将半导体材料的敏感芯片封装在不锈钢波纹膜片的壳体中，在不锈钢波纹膜片和芯片之间充有硅油。芯片引线穿过壳体引出并采用密封措施，防止硅油向外泄露或外面的压力介质渗入其中，这样芯片、硅油、壳体和引线组成压力传感器。当传感器处在压力介质中时，介质压力作用于波纹膜片上使使

29、其中的硅油受压，硅油将膜片的压力传递给半导体芯片。芯片受压后使其电阻值发生变化，电阻信号通过引线引出。不锈钢波纹膜片壳体受到压力并保护芯片，因而压阻式压力传感器能在有腐蚀性介质中感应压力信号。压阻式压力传感器一般通过引线接入惠斯顿电桥中，如图2-2-3所示。平时敏感芯片没有外加压力作用，电桥处于平衡状态（称为零位）。当传感器受压后芯片电阻发生变化，电桥失去平衡。若给电桥加一个恒定电流或者电压电源，电桥将输出与压力对应的电信号，这样传感器的电阻变化通过电桥转换为压力信号输出。 图2.2.3 压力传感器内部惠斯顿电桥电路2.3 压阻式压力传感器的热零点漂移问题的研究传感器零点产生漂移的原因很多。对

30、压力传感器来说，桥路中元件参数本身就不对称；弹性元件和电阻应变计的敏感栅材料温度系数，线胀系数不同，组桥引线长度不一致等综合因素，最后导致传感器组成电桥后相邻臂总体温度系数有一定差异，当温度变化时，相邻臂电阻变化量不同，从而使电桥产生输出不平衡，即产生了零点漂移。下面对压力传感器的零点漂移进行具体分析。2.3.1 压阻式压力传感器零点漂移的表示零点温度漂移是衡量压力传感器质量的一个重要性能指标，一般零点温度漂移系数用K0来表示： （2.3.1）上式中，为参考温度下满量程时的输出电压；和分别为温度T和参考温度T0时的零点输出电压。由于热敏电阻制造工艺的不一致性，因此温度零点漂移系数K0不是一个定

31、值，它在不同的温度区间有不同的值。通常也可以规定为某个温度范围内零点输出占满量程输出的比例（百分数）或最大温度零点系数（即零点输出温度变化的最大斜率），一般该系数取值不能超过传感器精度值。如图2-3-1所示为一定电激励条件下压力传感器典型的输出电压与压力之间的关系。温度为0时的曲线斜率大，25曲线的斜率其次，温度为50时曲线的斜率最小。当压力P=0时的输出电压U0便是零点输出电压。三条曲线的零点输出电压的差别就是零点温度漂移造成的。由图可见，U0有一个变化范围。但由于桥臂电阻制作的不一致性，U0（50）值不一定大于U0（0）值。 图2.3.1 压力传感器的典型输出与输入之间的关系2.3.2 零

32、点热漂移产生原因的半导体理论分析半导体材料本身具有对温度敏感的特性,在不加压的情况下,当温度发生变化时,电阻阻值会产生变化。而对于压阻型压力传感器来说,产生零点输出的原因还有不仅有材料特性方面的原因,还有加工工艺方面的原因。制造半导体压力传感器的基本原理是利用硅晶体的压阻效应。生产中一般采用集成电路的平面工艺,用杂质扩散或离子注入的方法形成电阻器。但是，实际生产操作中,力敏电阻条的设计尺寸和实际光刻尺寸不可能绝对一致,而掺杂浓度也无法做到完全相同,这都会导致电阻条的阻值及电阻温度系数产生0.0001%一0.02%的差异,导致了零点输出的差异,单纯在某一参考温度下的零点输出是很容易消除的,但是一

33、旦温度产生变化,又会出现新的零点输出,从而使不加压时不同温度下电桥输出不能完全一致,导致了零点温度漂移的产生(扩散杂质浓度的均匀性、制版时电阻尺寸精度一致性以及光刻的对准精度、电阻设计尺寸一致性决定了扩散电阻值的一致性;而扩散电阻温度系数主要取决于掺杂浓度的均匀性)。另外,封装引入的应力的压阻效应也要对零点输出产生影响。只有当电阻的掺杂浓度和阻值一致时,才能使电桥的零点输出电压小,零点热漂移也小。这对提高传感器的性能十分有利。但是扩散时掺杂分布不易做到均匀,因此要求力敏电阻条越接近越好,越短越好。2.3.3 零点热漂移产生原因的电路分析 理想的情况下，组成惠斯通电桥的四个扩散电阻的阻值应该是相

34、等的，因而在电桥处于平衡状态时，电桥的输出电压应该零。但在制作压阻式传感器的过程中，由于被连接成惠斯通电桥的四个扩散电阻的阻值不可能制作得完全相等，所以当压力为零时，电桥的输出不为零，这种零点输出漂移将随温度的变化而发生漂移，即产生零点温度漂移。零点温度漂移的产生是由于扩散电阻的阻值随温度变化引起的，在一定的温度范围内，电阻值随温度的增加而增加，即扩散电阻的温度系数 为正值。 R1 R4 V VB R2 R3 图2.3.1 力敏电阻电桥 压阻型压力传感器中四个力敏电阻构成惠斯顿电桥。当电桥用激励时，电桥的输出为 （2.3.1），称为压力 P =0时的零点输出，称为有效输出信号，与压力 P 成正

35、比。式中为电桥的不平衡量。为压力引起的电桥不平衡量，与压力 P 成正比。 在考虑热零点漂移时，P = 0, S=0，因此， (2.3.2)当恒定时，热零点漂移 (2.3.3)其中 R= R(1 +T)(i=14)项对的影响比更为重要，当、相差不大时，可将的影响略去，则 （2.3.4）式中。值是热零点漂移的决定因素。可见减小压力传感器的热零点漂移的措施是各力敏电阻的电阻值及其温度系数的相等性。第三章 压力传感器热零点漂移的补偿技术关于压力传感器的零点漂移补偿问题，国内外学者已经做了大量研究，并发表了一系列补偿技术和算法。从整体上来分，可以分为硬件补偿和软件补偿两大方向。下面分别就这两个方向的代表

36、性方法做简单介绍。3.1 硬件零点补偿方法对压力传感器而言，硬件补偿方法有在桥臂上串、并联恰当恒定电阻法，桥臂热敏电阻补偿法，桥外串、并联热敏电阻补偿法，双电桥补偿技术、三极管补偿技术等。以单晶硅压力传感器的零点温度漂移通过串并联电阻的方法进行补偿为例。单晶硅压力传感器，是利用单晶硅的压阻效应制成。压阻系数是随温度变化而变化，因此压阻效应原理本身可引起传感器输出的温度漂移；另外，半导体敏感元件的制作工艺也会带来传感器的整体温度漂移，如桥路电阻的不等同性、桥臂电阻的漏电流、装配应力等，即使是在没有输入的情况下，即零点温度漂移。如图3.1.1所示，在电桥完全对称时(即R1R3=R2R4)输出应为零

37、，在实际工艺条件下电阻总有些误差，如在电源电压为3V的条件下当R1=R2=R3=R，R4=99%R，由VOC=V算出，VOC=7.5mV的零位输出。为了保证测量的准确性，必须要对电桥进行零位补偿。根据经验，在有较高精度要求的场合下，用串并联电阻的补偿方法，一般取s=p=0。 图3.1.1 惠斯通电桥电路 图3.1.2 串并联相邻补偿电路 图3.1.3 串并联相间补偿电路无论是恒压源还是恒流源供电，零位平衡的条件都是对臂电阻的乘积相等。零位温漂最小的条件都是在对臂电阻的乘积相等的前提下对臂电阻的电阻温度系数之和相等。采用一串一并补偿的法则，可以有16种形式以上。按照电桥在一定温度变化范围内保持平

38、衡的两个条件，可归结为两种基本形式来考虑。第一种：串并联相邻的形式，如图3.1.2所示。使电桥平衡的条件是： 联立两式，令有: 第二种：串并相间的形式，如图3.1.3所示，使电桥平衡的条件是： 联立两式，得： 总结以上所推出的结果，得出完整的补偿公式。但用硬件电路进行校正大都存在电路复杂、调试困难、精度低、通用性差、成本高等缺点，不利于工程实际应用。软件补偿是将微处理器与压力传感器结合起来，充分利用丰富的软件功能、结合一定的补偿算法对传感器温度的附加误差进行修正。软件补偿的效果要比硬件补偿好，达到的精度更高，而且成本较低。通过软件编程充分利用系统的计算能力和判断能力来实现零点的自动跟踪补偿，清

39、除系统的零点温度漂移。3.2 软件补偿零点漂移方法 软件补偿是将微处理器与压力传感器结合起来,充分利用丰富的软件功能、结合一定的补偿算法对传感器温度的附加误差进行修正。软件补偿的效果要比硬件补偿好,达到的精度更高,而且成本较低。软件补偿的算法有基线、斜率去除零漂法、多项式拟合规范化法，以及RBF神经网络法等,都可用于压力传感器热零点漂移的补偿。3.2.1 基线、斜率去除零漂方法在信号采集过程中，在触发信号未发生到触发采集以及在采集结束后的这些时间段里，输入的信号为零，输出的信号不为零，这种采集到的输出数据以随机噪声的形式存在，对于数据的计算与处理是没有意义的，我们定义这段时间里采集到的信号值称

40、之为零点漂移。零点分为第一零点和第二零点,第一零点指的是变送器测量的力为0即变送器输入为0时系统采集到的值。第二零点指的是变送器测量的力由不为0变成0后测量的值,平均值能够较为精确的反映零点的值。对第一零点、第二零点分别进行S次采样,采集数据为，对其求平均值如下： 式中S第一零点采样次数；mi第i次采集前零点值对第二零点进行s次采样，采集数据为,对其求平均值如下：式中第i次采集后零点值方差指的是随机变量偏离数学期望的程度。方差越大,则采集的零点值偏离真实前零点值越远,方差越小,则采集的零点值与真实零点值越接近,对第一零点采样值求方差如下： （3.2.1）对第二零点采样值求方差如下： （3.2.2）若D(m)10%或D(n)10%,则采集的零点值与真实零点值相差较大,该零点测量产生了较大干扰,必须排除干扰后再重新选择零点。若方差小于10%,则采集的数据能够精确的代表第一零点和第二零点的值,对第一零点和第二零点的值求偏差如下： （3.2.3）若E2%,则零点漂移不是固定的值,即零点漂移是随着其他因素的改变而变化。常用的法是斜率去零点漂移法。斜率去零点漂移法认为零点漂移是随着时间以一定的斜率变化的