二、融入环境温度信息的压力解析表达式

压力传感器的输出信号U_t可以由两部分组成：

                                             （1）

其中，U⁰为压力为零时的输出，称为零点，与温度和外加电压V有关。U为与压力有关的有效信号。

又：                                             （2）

其中：S₀—温度为零度时的压力灵敏度；

该帖子于2008-5-12 10:37:20被 在那里 编辑过

当解出n个有限的a_n 值：a₀、 a₁．．．a_j．．．a_n后，带入式（6）可得到 的计算值。由 i = 1,2, ．．．m 个 的计算值，再代入式（7）可得到σ值。若σ值小于规定的误差值 ，即： ，或 %

则上面确定的n个a_j 值，已达到目标要求，于是可用式（6）表示P~U之间的显示关系。

若 ，则说明未达到目标要求。此时重新令 多项式中再增加 项，重新计算a₀．．．a_n+1 各系数，直到达到目标要求为止。因此，这种最小二乘法又称多项式目标函数法。计算过程可能因计算时间过长而始终达不到 的目标。这就要求放松对 的要求，只计算n 项。当a_n  a_n+1很小时，便不用再计算后面的a_n+1 a_n＋2。

Matlab软件是十分优秀的试验数据处理软件。对于 函数，只要输入各次测量值U₁、U₂．．．U_i  和 P₁、P₂．．．P_i 便能自动得到 的函数表达式，并自动画出 的曲线。我们把压力传感器测定的输出信号数据列于表1中。考虑到灵敏度热漂移的影响，将信号电压除以 折合到参考温度（25℃），从而使不同温度下有相同的多项式，统一成一个表达式： （10）

表1中，行对应标准压力值，列对应各测量温度值。依据每一列温度及对应压力下的折合到参数恒温（25℃）的输出信号 ，利用Matlab软件得到a₀、 a₁…a_j各值。根据温度信号和输出的电压信号，利用单片机计算得出压力值并显示其结果。

由表1可以看出，各温度下的a₀和a₁都很接近。取其平均值a₀=+0.0003,a₁=-0.0176。可见归一到25℃的P-U关系，为一几乎通过原点（0，0）的直线。其斜率为 -0.0176。

该帖子于2008-5-12 10:39:30被 在那里 编辑过

表1  外加电压为5V时，不同温度和压力下的输出信号电压 。其中

该帖子于2008-5-12 10:54:08被 在那里 编辑过

最近 Boukabache 等^[6]依据力敏电阻的温度非线性关系— ，导出热零点漂移的抛物线模型：

其中 是零点极大值 时的温度， 、 和 值可由试验测得。

我们试验测定的压力传感器的零点电压与温度关系如图1所示。这与Boukabache 的抛物线模型不一致。将我们的试验数据再用Matlab软件处理，得到以下多项式关系：  （12）

这是有与T³项有关的非抛物线关系。并在图1中画出其对应的曲线，与试验点变化趋势十分一致。我们将这一关系式表示在压力表示式（10）中。

将式（12）代入式（1）中，可得与压力有关的信号电压：

再将上式代入式（10）可得： （13）

这就是基于Matlab软件和热零点漂移的非抛物线试验关系的压力值解析表达式。其中 是5V桥压激励，温度T下与压力P对应的传感器输出值。

该帖子于2008-5-12 11:30:36被 在那里 编辑过

三、信息融入的实现

　 压力传感器测量环境的温度是利用恒流源供电时二极管的正向压降而测定的。管压降温度变化率为：

mV/K   或  K/mV

而且对不同的二极管均保持良好的正比特性，与我们的实验结果(-1.8mV / K )一致。

积分上式可以得到：

选定T₀ = 0℃，于是有： （℃）

当选定二极管的正向电流为1mA，测定0℃时,所用二极管的管压降 643mV，则：　　 （℃）                            

将上式代入式（13），于是得到

（14）

这就是压力输出信号 和二极管压降信号二信息融入后的压力表达式。

 这个式子在用单片机编程时，模拟通道4052分时采集温度信号和压力信号，经放大、A/D转换后可得 。根据温度传感器测得的温度信号和压力传感器测得的压力信号与输出压力P的关系，把 （式14）转化成 的形式，其中：

  （15）

（16）

如果把 和 看成是已知的常数，可以通过高级语言（C语言）编程得到一系列的值，那么， 就简化成一个线性方程： 

其中， = ，

这样，可以建立一个有关k、b的表格，通过查表程序，查得有关k、b的值，通过加法和乘法运算，就可以计算出压力P的值，运用这种方法，单片机编程时计算过程比较简单，所占用的内存空间小。

该帖子于2008-5-12 11:33:36被 在那里 编辑过

四、智能压力传感器的系统设计和硬件设计

1、前项通道及程控放大器

(1)温度传感器信号的提取

   带有感温二极管的硅压阻压力传感器，被封装在专门制作的金属外壳中，通过多芯电缆与单片机连接。压阻传感器的四个电阻组成桥路，用1mA恒流源激励。感温二极管用来检测环境温度，以供给单片机部分温度参数。

   可以证明，当流过二极管的正向电流为恒流时，二极管正向电流为恒流时，二极管正向导通电压 的温度系数为：

式中：k—玻尔兹曼常数；

T—绝对温度；

V_D—正向导通电压；

q—电子电荷；

E_g0—绝对零度时禁带宽度；

I—流过二极管正向电流。

此式可以说明以下二点：

①式中的负号表明二极管正向导通电压 随温度升高而减小；

②导通电压 的温度系数与 、