傳感器測量電路中溫度補償方法及原理分析

羅艷芬

（南昌航空大學信息工程學院, 江西南昌,330063 ）

1 惠斯通電橋壓力傳感器電路的溫度補償

1.1 惠斯通電橋壓力傳感器電路的零位溫漂

圖1 惠斯通電橋壓力傳感器測量電路

1.2 惠斯通電橋壓力傳感器電路的零位溫漂補償原理

圖2 并聯電阻補償法

圖3 串聯電阻補償法

2 霍爾傳感器測量電路的溫度補償

霍爾傳感器是基于霍爾效應的一種磁敏式傳感器。根據霍爾效應原理，半導體材料通電后形成載流子，有磁場存在時，產生的洛侖磁力使載流子向材料橫向兩側偏轉并集聚，就會在橫向兩側形成一個電場[4]。這個電場力和洛侖磁力相反，阻礙載流子繼續堆積，當霍爾電場力增大到與洛侖磁力相等時，材料橫向兩側就建立起一個穩定的電壓。形成霍爾電勢[6]。根據這一原理制成了霍爾傳感器，當霍爾傳感器控制電流和環境溫度一定時，霍爾電勢和磁感應強度成正比。當環境溫度一定時，霍爾電勢與控制電流和磁場的磁感應強度乘積成正比，如圖4 所示，將霍爾半導體薄片置于磁場B中，在薄片控制電極通以電流I，在垂直于電流和磁場的方向上產生霍爾電勢UH：UH=K HIB，通過測量霍爾電勢的大小，霍爾傳感器已經廣泛應用于電磁、壓力、加速度、振動等測量領域。

圖4 霍爾傳感器測量電路

霍爾材料都是半導體性質的，由于半導體材料的電阻率、遷移率和載流子濃度等都隨溫度變化，使得霍爾傳感器的內阻、輸出電阻和霍爾電勢等參數也隨溫度發生變化，從而使霍爾元件產生溫差電壓。如圖5 所示，給出了幾種典型霍爾材料內阻隨溫度變化的關系。在高精度或較高精度的測量中，必須對其進行溫度補償，削弱溫度變化對霍爾傳感器測量的影響。

圖5 不同霍爾材料內阻與溫度的關系

2.1 電源補償

霍爾傳感器電路中，可采用在電壓源供電的電路中串聯一個溫度補償電阻Rp1實現溫度補償，或者采用恒流源供電，溫度補償電阻Rp2與傳感器并聯同樣可以實現溫度補償。溫度補償電路如圖6、圖7 所示。

圖6 恒壓源溫度補償電路

圖7 恒流源溫度補償電路

2.2 利用輸出回路的負載進行補償

圖8 所示霍爾傳感器電路中，在輸入端控制電流恒定，即輸入電流隨溫度變化可以忽略的情況下，如果輸出電阻隨溫度變化而發生變化同樣會影響到霍爾傳感器的輸出uo。設霍爾傳感器輸出端等效電阻為 0R，輸出電阻溫度系數為β，霍爾元件靈敏度溫度系數為α，選擇合適的負載LR就有可能補償這種溫度影響，使得霍爾傳感器在溫度變化?T時，輸出uo保持不變，即在圖8（b）中滿足:

圖8 輸出回路負載補償