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本科毕业论文格式模板山东建筑大学毕业论文PAGEPAGEII本科毕业论文题目：智能化扩散硅压力传感变送器的研制院（部）：信息与电气工程学院专业：电气工程与自动化班级：电本062姓名：李素粉学号：2006081231指导教师：李红民完成日期：2010年目录摘要 IIIAbstract IV1前言 11.1压力传感器的国内外发展现状 11.2压阻式压力传感器简介 21.2.1压阻式压力传感器的结构 21.2.2压阻式压力传感器的发展 21.2.3扩散硅压力传感器的应用 31.2.4扩散硅压力传感器的特点 41.3扩散硅压力传感器的发展趋势 51.4本课题所完成的任务 52扩散硅压力传感变送器的原理 72.1压阻式压力传感器的机械原理 72.2压阻式压力传感器的工作原理 83扩散硅压力传感器的温度补偿原理 103.1对扩散硅压力传感器进行温度补偿的意义 103.2零点温度漂移及其补偿 113.2.1零点温度漂移产生的原因 113.2.2零点温度漂移的补偿 103.3灵敏度温度系数及其补偿 153.3.1灵敏度漂移产生的原因 153.3.2灵敏度漂移补偿措施 153.4零位温度系数及其补偿 164扩散硅压力变送器整体方案设计与计算 184.1电源电路 184.1.1传感器供电电路 184.1.2信号处理供电电路 224.2信号处理电路 234.2.1电路工作原理 244.2.2滤波电路设计 264.2.3调零和调满电路设计 284.3电压电流转换 304.4两线制输出 274.5整机测量与误差分析 275MPU最小系统及数据采集通信系统设计 335.1系统硬件设计 335.2系统软件设计 366总结 39谢辞 41参考文献 42附录 43

IntelligentDiffusedSiliconPressureSensorTransmitterAbstractThispaperintroducestheintelligentdiffusedsiliconpressuresensortransmitter.Thecorecomponentsofintelligentpressuresensortransmitterthepressuresensorusesthepiezoresistiveeffectofsinglecrystalsilicon(inonesetofpressure-sensitiveandconversion),thesilicondiaphragmstrainontheproliferationofaWheatstonebridge.Wheatstonebridgedetectschangesinresistance.Afterdifferentialnormalizedamplifier,outputamplifier,andthenaftertheconversionofvoltageandcurrent,itconvertsintoacorrespondingcurrentsignal.Thecurrentsignalchangesintothestandard4～20mAoutputsignalwhichhasalinearcorrespondingrelationshipwiththeinputvoltage,throughanonlinearcorrectionloopcompensation.Theoutputofthebridgetherewillbeacorrespondingchangeinthemeasuredpressuresignaloutput.Combinationoflow-powerandhigh-performancesinglechip,itcanrealizetheerrorcompensationofmeasuredparametersandthecalibrationofremotesensingsystemanddatacommunicationwiththehostcomputer.Anditmakesthewholemeasuringsensorsystemhaveacompactlightweight，highaccuracy，easyinstallation，andgoodlong-termstability.Keywords：Intelligent；Diffusedsilicon；Pressuresensor；Two-wire-transmitterCompensation1前言1.1压力传感器的国内外发展现状在工业生产过程中，温度、流量、压力、位移是最常见的工业参数，其中压力参数的检测显得尤为重要，应用最为面广量大。据日本电气计测器工业协会对过程传感器(温度、流量、压力、位移、密度等)的生产和销售进行的统计，压力类传感器占整个过程传感器的三分之一，而且其比例还在继续加大，以此为基础的压力类测量及变送仪表也在过程控制系统中占有很高的比例。它们在石油、化工、火电厂、冶金等工业部门得到了广泛的应用。在1983年，美国HoneyWell公司推出了全世界第一台智能化现场仪表ST3000-100系列，同时日本的TOSHIBA公司推出H-series智能压力传感器，研制出压阻式多功能传感器，用微处理器及软件补偿，提高了测量精度，减小了温漂，并且有故障自我诊断和数字通讯遥控调整功能。1992年，美国HoneyWell公司又推出了ST3000-900系列智能压力传感器，它是在ST3000-l00系列的基础上增加了较完善的自诊断功能，双向通讯功能。在此期间美国Rosemount公司推出了HART协议(HighwayAddressableRemoteTransducer，寻址远程传感器数据线)，德国Bosch公司推出CANBUS协议。同期MOTOROLA公司、FOXBIRD公司、EG＆G—ICSENSORS公司也推出了功能类似的工业级产品，其中部分产品由当时的中国电子器材总公司引进国内，曾应用在一些重要的部门。这时，军事领域开始装备智能传感器。1995年以后，智能压力传感器特别是智能差压传感器得到了较快的发展，以美国Honeywell公司为代表的西方国家不但开发了全数字技术和远程组态系统，而且推出了多种型号的现场控制系统。90年代后，我国将传感器的研究放在重要位置上并取得了显著成果，1996年，河北工业大学研制了WPS-1型智能压力传感器，它可长期稳定地工作在环境温度变化较为频繁的场所；1997年，西安交通大学电子信息工程学院综合自动化研究所为三峡工程研制了体积小于国内电流、电压输出型固态压力传感器，并且有防水、防尘和抗震能力的智能压力传感器；1999年，哈尔滨工业大学微电子教研室研制了在压力传感器芯片上集成温度敏感元件制成的压力--温度多功能传感器，并赋予智能化，可实现大温度范围内的全量程压力信号的温度补偿；2003年湖南长沙索普测控技术有限公司研制的纳米压力传感器获成功，产品整体性能超过美国超微传感器，实现了传感器在高温、高压等恶劣环境下的长期稳定性和可靠性，提高了传感器精度等级、温度特性等各方面性能指标。2004年“耐高温压力传感器”经过4年攻关在西安交大研制成功，该硅隔离耐高温微型压力传感器能在-30～250℃环境下进行压力测量，可完成1000MPa以下任意量程范围的压力测量，能承受2000虽然在某些方面己赶上或者接近世界先进水平。但是从总体来看，我国的传感器技术的研究和生产还比较落后，与国外有较大差距；目前的传感器，无论在数量、质量和功能上，还远远不适应社会多方面发展的需要。主要是：品种不全,产量过低,工作温度范围较小,长期稳定性与可靠性较差,集成度不高。随着国内市场需求量越来越大,大量压力传感器需要进口，特别是高精度产品。1.2压阻式压力传感器简介1.2.1压阻式压力传感器的结构压阻式压力传感器采用集成工艺将电阻条集成在单晶硅膜片上,制成硅压阻芯片,并将此芯片的周边固定封装于外壳之内，引出电极引线。压阻式压力传感器又称为固态压力传感器，它不同于粘贴式应变计需通过弹性敏感元件间接感受外力，而是直接通过硅膜片感受被测压力的。硅膜片的一面是与被测压力连通的高压腔，另一面是与大气连通的低压腔。硅膜片一般设计成周边固支的圆形，直径与厚度比约为20～60。在圆形硅膜片(N型)定域扩散4条P杂质电阻条,并接成全桥，其中两条位于压应力区，另两条处于拉应力区，相对于膜片中心对称。硅柱形敏感元件也是在硅柱面某一晶面的一定方向上扩散制作电阻条,两条受拉应力的电阻条与另两条受压应力的电阻条构成全桥。1.2.2压阻式压力传感器的发展硅的压阻效应是1954年由C.S．Smith首先发现，1956年贝尔实验室研制出硅力敏电阻，此后压阻传感器开始问世。压阻效应：沿一块半导体的某一轴向施加压力使其变形时，它的电阻率会发生显著变化，这种现象称为半导体的压阻效应。利用半导体材料的压阻效应制成的传感器称为压阻式传感器。目前使用最多的是单晶硅半导体。压阻压力传感器是目前应用最广泛的压力传感器之一，压阻式压力传感器是利用半导体材料硅的压阻效应制成的传感器。单晶硅不仅是最广泛使用的半导体材料，也是力学性能十分优良的弹性材料。硅材料的单晶结构使压阻式压力传感器的迟滞极小，重复性极好；硅的压阻系数较大，使用温度范围较宽。这类传感器随着硅集成电路平面工艺的完善而得到高度的发展，现在已经广泛用作高灵敏度，高精度的微型真空计，绝对压力计，流速计，流量计，声传感器，气动过程控制器等。早期的压阻式压力传感器是利用半导体应变片制成的粘贴型压阻传感器，它的传感器元件是用半导体材料体电阻制成的粘贴式应变片；20世纪70年代以后，压阻式压力传感器发展成为在硅片的应变敏感部位扩散出阻值相同的条，在压力作用于其上时，硅膜片产生应变，从而使电阻条变形输出一个与压力呈正比的线性化电压信号，称为扩散硅式压力传感器。由于四差动臂惠斯登电桥具有最高的灵敏度,最好的温度补偿性能和最高的输出线性度，因此，在压力测量中，电阻条通常连接成等臂、等电阻应变率的四差动臂惠斯登电桥。由于压力的原因，硅晶体的电阻发生变化，变化的大小与受到的压力大小有关，同时与材料本身的压阻系数有关。影响压阻系数最主要因素是环境温度和扩散杂质的表面浓度。压阻系数随扩散杂质浓度的增加而减小。表面杂质浓度低时，压阻系数随温度升高而下降较快，提高表面杂质浓度，压阻系数随温度升高而下降变慢。1.2.3扩散硅压力传感器的应用由于扩散硅压阻传感器自身特点，其应用领域开辟了广阔的道路。新型智能式传感器的发展及应用将导致面向过程检测和控制技术产生新的突破。在我国压阻传感技术的研制和生产已得到迅猛发展,传感技术早己渗透到工业生产，军事国防，宇宙探测，海洋开发，环境保护，资源调查，医学诊断，生物工程，文物保护，安全防范，家用电器等极其广泛的领域。因此，从茫茫太空到浩瀚的海洋，从各种复杂工程系统到日常生活的衣食住行，几乎每一个领域都离不开各种各样的传感器。可以毫不夸张地说，新世纪的社会，将是充满传感器的社会。在航天和航空工业中压力是一个关键参数,对静态和动态压力,局部压力和整个压力场的测量都要求有很高的精度。压阻式传感器是用于这方面的较理想的传感器。例如,用于测量直升飞机机翼的气流压力分布，测试发动机进气口的动态畸变、叶栅的脉动压力和机翼的抖动等。在飞机喷气发动机中心压力的测量中，使用专门设计的硅压力传感器,其工作温度达500℃以上。在波音客机的大气数据测量系统中采用了精度高达0.05％的配套硅压力传感器。在尺寸缩小的风洞模型试验中，压阻式传感器能密集安装在风洞进口处和发动机进气管道模型中。单个传感器直径仅2.36毫米，固有频率高达300千赫,非线性和滞后均为全量程的±0.22％。在生物医学方面,压阻式传感器也是理想的检测工具。已制成薄到10微米的扩散硅膜,外径仅0.5毫米的注射针型压阻式压力传感器和能测量心血管、颅内、尿道、子宫和眼球内压力的传感器。压阻式传感器还有效地应用于爆炸压力和冲击波的测量,真空测量,监测和控制汽车发动机的性能以及诸如测量枪炮膛内压力、发射冲击波等兵器方面的测量。此外，在油井压力测量、随钻测向和测位地下密封电缆故障点的检测以及流量和液位1.2.4扩散硅压力传感器的特点扩散硅传感器与其它类型的传感器相比有许多优点：1、灵敏度高

扩散硅敏感电阻的灵敏因子比金属应变片高50～80倍，它的满量程信号输出在80～100mV左右。对接口电路适配性好，应用成本相应较低。由于它输入激励电压低，输出信号大，且无机械动件损耗，因而分辨率极高。

2、精度高

扩散硅压力传感器的感受、敏感转换和检测三位一体，无机械动件连接转换环节，所以不重复性和迟滞误差很小。由于硅材料的刚性好，形变小，因而传感器的线性也非常好,因此综合表态精度很高。

3、可靠性高

扩散硅敏感膜片的弹性形变量在微应变数量级，膜片最大位移量在几微米数量级，且无机械磨损，无疲劳，无老化。平均无故障时间长，性能稳定，可靠性高。

4、频响高

由于敏感膜片硅材料的本身固有频率高，一般在50KHZ。制造过程采用了集成工艺，膜片的有效面积可以很小，配以刚性结构前置安装特殊设计，使传感器频率响应很高，使用带宽可达零频至100KHZ。5、抗电击穿性能好

由于采用了特殊材料和装配工艺，扩散硅传感器不但可以做到130℃正常使用，而且在强磁场、高电压击穿试验中可抗击1500V/AC电压的冲击。

6、耐腐蚀性好

由于扩散硅材料本身优良的化学防腐性能好，即使传感器受压面不隔离，也能在普通使用中适应各种介质。硅材料又与硅油有良好的兼容性，使它在采用防腐材料隔离时结构工艺更易于实现。加之它的低电压、低电流、低功耗、低成本和本质安全防爆等特点，因此可替代诸多同类型﹑同功能的产品，具有最优良的性能价格比。扩散硅传感器也存在如下一些不足之处：(1)由于扩散硅传感器是用半导体材料制作的，受温度影响较大，因而在温度变化大的环境中使用时，必须进行温度补偿。(2)制造工艺比较复杂，对研制条件要求高而严格，尤其是烧结、封装工艺，而其成本较高。1.3扩散硅压力传感器的发展趋势1小型化重量轻、体积小、分辨率高，便于安装在很小的地方，也便于微型仪器仪表的配套使用。2集成数字化利用现在的生产工艺和成熟的集成化技术，将感压桥路、温度补偿电路和信号放大电路通过集成化平面工艺制作在同一芯片上,使得信号源产生一个能传递数字的信号。在测量技术、计算机技术和微电子技术的基础上发展起来的数字式传感器，在结构上有小型化、标准化和智能化的特点，而在性能方面则具有响应快、精度高、分辨率高、抗干扰能力强和工作可靠以及便于程序控制及数据处理等特点。3智能化由于集成化的出现,在集成电路部分制作一些微处理机，使其具有“记忆”、“思维”、“处理”等能力。智能化产品的发展将成为未来传感器市场的主流。4多功能系列化利用扩散硅技术在芯片上通过掺杂不同杂质,同时制成感温元件和感压元件是可能的。为满足我国经济建设发展的需要和提出的各种检测控制的需要，需加大系列化和新产品开发方面的研究。5标准化如IEC、ISO国际标准，日本的JIS标准，法国的DIN标准、原苏联S3CT及TO标准。1.4本课题所完成的任务1、对半导体扩散硅压力传感器进行系统学习和遴选适用的压力敏感元件。2、设计专用测量转换电路模块，并采用二线制工作模式技术，以提高传感测量系统的远传能力及抗干扰能力。3、并在此基础上结合仪器智能化思路，并设计专用MPU最小系统以满足传感系统的数据处理功能。如：对传感测量系统的稳定性、分辨率、精度进行统一量化及非线性数据补偿。4、通过采用专用数据采集模块与计算机联机通信，对传感检测系统远程校准与数据交换。

2扩散硅压力传感变送器的原理测量压力的方法有许多种，最常用的是把压力转换成材料的长度或高度变化来测量，即弹性元件。压力传感器的弹性元件都是膜。如图2.1所示。图2.1压力传感器组成结构示意图压阻式压力传感器工作过程可以由图2.2表示，第一部分由质量m、弹簧k、阻尼b组成的机械力学系统作为弹性敏感元件，它将压力转换成中间变量(形变)，然后由第二部分膜片相应位置采用半导体工艺制成的电阻条，根据压阻效应，最终转换成相应的变化量输出。电阻条阻值改变量与相应膜片压力成正比。图2.2压阻式压力传感器组成框图2.1压阻式压力传感器的机械原理压阻式传感器是将输入的机械量应变转换为电阻值变化的变化元件。电阻变换器的输入量为应变,即材料的长度相对变化量,它是一个无量纲的相对值。通常为一个微应变。电阻变换器的输出量为电阻值的相对变化量。电阻变换器有金属电阻变换器和半导体电阻变换器两种类型。根据半导体材料的压阻效应:,且,其中:是应力(F/S)；是压阻系数,=(40～80)；是杨氏弹性模量,,所以电阻的相对变化为:。要测量其他物理量,如压力、力、加速度等,就需要先将应变片贴在相应的弹性元件上,过程压力通过隔离膜片，密封硅油传输到扩散硅膜片上，同时参考端的压力作用于膜片的另一侧。这样在膜片的两边加上的差压产生一个应力场，它使膜片的一部分压缩，另一部分拉伸，两个应变电阻片位于压缩区，另两个应变电阻片位于拉伸区。在电气性能上，他们连接成一个全动态惠斯登电桥，以增大输出信号。2.2压阻式压力传感器的工作原理当传感器处在压力介质中时，介质压力作用于波纹膜片上其中的硅油受压，硅油将膜片上的压力传递给半导体芯片。受压后其电阻值发生变化，电阻信号通过引线引出。不锈钢波纹膜片壳体感受压力并保护芯片，因而电阻式压力传感器能在有腐蚀性的介质中感应压力信号。电阻式压力传感器一般通过引线接入惠斯登电桥中。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，电桥将失去平衡。若给电桥加一个恒定电流或电压电源，电桥将输出与压力对应的电压信号，这样传感器的电阻变化通过电桥转换成压力信号输出。现在大部分压力传感器用制造集成电路的方法，形成四个电阻值相等的电阻条，并将它们连接刻制成惠斯登电桥。惠斯登电桥采用恒流供电，这样电桥的输出不受温度的影响，惠斯登电桥检测出电阻值的变化，经过差分归一化放大器，输出放大器放大后，再经过电压电流的转换，变换成相应的电流信号，该电流信号通过非线性校正环路的补偿，即产生了与输入电压成线性对应关系的4～20mA的标准输出信号。为减小温度变化对芯片电阻值的影响，提高测量精度，压力传感器都采用温度补偿措施，使其零点漂移、灵敏度、线性度、稳定性等技术指标保持较高水平。图2.3工作原理图

3扩散硅压力传感器的温度补偿原理3.1对扩散硅压力传感器进行温度补偿的意义在对压阻式压力传感器的研究方向中，包括开发耐高温，及用于微机械加工的压力传感器，还有一个重要的研究方向是温度漂移的补偿，在实际应用当中，压阻式压力传感器的确面临着温度补偿问题。压阻式压力传感器会受到温度的影响，导致零点漂移和灵敏度漂移，它来源于半导体物理性质对温度的敏感性。零位漂移是因为扩散电阻阻值随温度改变而发生变化。扩散电阻的温度系数因薄层电阻不同而异。表面杂质浓度高时，薄层电阻小，温度系数亦小，反之，薄层电阻增加，温度系数增大。由于工艺上的原因，难于使四个桥臂电阻温度系数完全相同，因此，不可避免的要产生零位漂移。所以，适当提高表面杂质浓度，可以减小温度系数，进而减小零位漂移。但是，过高的杂质浓度会降低传感器的灵敏度。压阻式压力传感器的灵敏度漂移是由于压阻系数随温度改变而引起的。当温度升高时，压阻系数减小，反之则增大。所以，当温度升高时，传感器灵敏度降低。如果提高扩散电阻的表面杂质浓度，压阻系数随温度变化要小一些，但传感器的灵敏度同样会降低。因此，对压阻式压力传感器进行温度补偿在实际应用当中显得相当重要。在生产应用中，直接或间接用作计量器具的传感器所面临的问题是准确度和可靠性问题。传感器有时会因精度、长期稳定性以及热漂移问题而受到应用限制。而对于扩散硅传感器来说，热漂移问题是决定其特性好坏的一大关键指标。因为在工业现场中，生产环境温度变化范围宽，而半导体力敏电阻压阻系数的温度系数也很大，在环境变化时会产生工作特性漂移与灵敏度不稳定的情况，使检测系统发生变化而造成测量值随环境温度变化，出现测量误差，影响了压力传感器的特性。扩散硅压力传感器温度漂移可分为以下三种：(1)零点热漂移：由于组成测量电桥的各个桥臂电阻的温度系数不一致，致使不加压时电桥输出(零点输出)失衡，并且这一状态随温度变化而发生变化。造成零点输出失衡及零点热漂移的主要原因集中在工艺上，如加工尺寸，掺杂浓度及均匀性，掺杂层厚度等。(2)灵敏度热漂移：由于灵敏度与压阻系数成比例关系，而压阻系数为温度的函数，因此在加压情况下，电桥的满量程输出也要随温度变化而变化。造成灵敏度热漂移的其他原因还有掺杂浓度过大或过小，电阻条与底座之间热膨胀系数不一致等。（3）零位温度漂移：零位随温度的变化而变化。3.2零点温度漂移及其补偿3.2.1零点温度漂移产生的原因理想的情况下，组成惠斯通电桥的四个扩散电阻的阻值应该是相等的，因而在电桥处于平衡状态时，电桥的输出电压应该为零。但在制作压阻式传感器的过程中，由于被连接成惠斯登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。3.2.2零点温度漂移的补偿就是在组成惠斯登电桥的四个电阻中，在相应的桥臂上串、并联上一定阻值大小的电阻，用以平衡因四个扩散电阻初始阻值不匹配造成的零点漂移以及它随温度变化而变化的温度漂移。由于这种补偿方法是在电桥上完成的，我们将这类方法称之为“桥内补偿法”。现以如图3.1所示的恒流源供电电路为例进行分析。图3.1恒流源温度补偿原理图根据电桥平衡理论可知，图3.1所示电桥在未接补偿电阻时应该满足:(3.2.1a)其中为供电电流源的大小。而由于四个桥臂电阻的参数不匹配，使得在零点时式(3.2.1a)式:。且随着温度的变化而变化。因而可以在桥臂上串、并联上适当的电阻来消除这种不平衡，使，并使其随温度的变化趋于0，这就是零点温度漂移补偿的目的。当给电桥串并联上如图3.1所示的电阻进行补偿时，要达到补偿的效果使电桥的零点温度漂移为零，则要满足下列式子的要求:（3.2.1b）其中——四个桥臂电阻在温度时的阻值（i=1,2,3,4）；——四个桥臂电阻在温度时的阻值（）；——恒流源；、——串并联电阻；同时，补偿后的电桥的零点漂移也应该为零，则有：（3.2.1c为简化计算，令式中——温度为时桥臂电阻的平均值；——温度为时桥臂电阻的平均值；在式（3.2.1因而对其进行泰勒展开得：一般认为，的传感器才有补偿价值，故将以上的泰勒展开式略去高次项得：(3.2.1d)同理可得：(3.2.1e)又(3.2.1f(3.2.1g令为补偿前传感器在温度时的零点输出；为补偿前传感器在温度时的零点输出。,即为、之间的零点漂移；由于，,将（3.2.1d～3.2.1g）式分别对应代入（3.2.1b）式中，并将其中的用近似，用近似，化简可得：（3.2.1h）以同样的方法对（3.2.1（3.2.1i）联立（3.2.1h）、（3.2.1i）两式组成方程，解得、的值如下：（3.2.1j）（3.2.1k）而根据惠斯登电桥可知，整个电桥在温度为、时的等效电阻、可分别近似为：,；因而，在温度分别为、时，电桥在补偿前恒流源供电时的电桥输入端电压（简称桥压）、分别可用以下式子表示:；则（3.2.1j）、（3.2.1k）两式可分别化为：(3.2.1l(3.2.1m从公式可以看出，在恒流源供电下，对于待补偿的传感器，只需测出传感器补偿前在温度、时桥压、和零点输出电压、，即可根据公式（3.2.1l）和（3.2.1m）计算出补偿电阻、的大小。串并联电阻补偿法中，补偿电阻的接法很多，虽然以上的推理是根据图11所示的电阻连接方式而来，但对于、其他连接方式，经过上述同样的简化和推理方法，可以推理出同样的公式，只是符号不同而已。所以不论、如何连接，我们都可以根据以上公式计算出、大小和符号，然后根据其符号(以上述推理确定的符号为正号)确定其应连接的位置:（1），则并于或上；（2），则并于或上；（3），则串于或上；（4），则串于或上。经过以上补偿可以将零点误差由几十毫伏降低到零点几毫伏。3.3灵敏度温度系数及其补偿3.3.1灵敏度漂移产生的原因压阻式传感器的灵敏度漂移是由于压阻系数随温度变化引起的。温度升高时，压阻系数变小；温度降低时，压阻系数变大，所以当温度升高时传感器的灵敏度要降低，温度降低时要升高，也就是说传感器的灵敏度温度系数是负的。影响压阻系数大小的因素主要是扩散杂质的表面浓度和晶向。3.3.2灵敏度漂移补偿措施扩散硅压力传感器满量程输出G与压力满量程时应变电阻的最大变化成正比，即与扩散硅P型电阻的压阻系数成正比，而压阻系数随温度的上升而减小。则灵敏度必然随温度的上升而下降，引起灵敏度温度漂移。灵敏度温度系数可用下式表示：(3.3.2a)式中：为温度下满量程输出；为温度下满量程输出；表示温度变化1℃时满量程输出的相对变化量。灵敏度温度系数主要是由压阻系数随温度变化而决定的。因此，通过改变电桥的有效桥压可以实现灵敏度温度系数的补偿。恒流源供电时，当温度升高，欲使不变，可升高桥路供电电压。因为桥压升高，电桥的输出电压增大，若其增大的数值与灵敏度下降而引起的输出电压减小的数值相等时，即达到了灵敏度温度补偿的目的。这可以通过在电桥的输入端接入热敏电阻补偿网络来实现。传感器满量程净输出为：（3.3.2b）其中：为电桥输入等效电阻；为热敏电阻补偿网络，由热敏电阻和金属膜电阻组成。当温度升高时，传感器满量程净输出为：(3.3.2c式中：为扩散电阻的温度系数，一般为；为热敏电阻网络温度系数。上式对温度求导，并另，由(3.3.2a)和(3.3.2b)式得出：（3.3.2d）热敏电阻温度系数具有分散性，为了选择合适的网络电阻，需要经过多次试验和修正。补偿后传感器的满量程输出有所降低是由于串联后被分压的缘故。经上述补偿后灵敏度温度系数可以降到以下。3.4零位温度系数及其补偿零位随着温度的不同而变化，温度变化后，零位电压也随之增加或减少一定的数值。这一变化可用零位温度系数反映出来。即温度每变化1℃时相对于满量程输出G的零位电压变化量。(3.4a)(3.4a)式中：,分别为、温度下的零位输出。传感器的零位温度系数主要由力敏电阻全桥四个桥臂电阻的不对称和各种封装应力引起。但无论何种影响，最后都通过桥臂力敏电阻的阻值变化反映出来。可用热敏电阻串并联金属膜电阻网络进行补偿。就半导体材料而言，当温度改变时，其扩散电阻的变化规律可表示为：(3.4b)(3.4b)式中；为扩散电阻阻值；为扩散电阻的温度系数。当四个桥臂电阻不平衡时，温度升高，式中为扩散电阻等效温度系数。于是(3.4c)将补偿电阻接入适当的桥臂．使它产生一个补偿电压去抵消，从而达到补偿的目的。令则有：(3.4d)由(3.4a)、(3.4d)两式得出零位温度系数补偿电阻。(3.4e)(3.4e)式中；r为传感器零位温度系数；G为初始温度下满量程输出；为补偿电阻温度系数。补偿电阻的选择：硼扩散电阻的温度系数是正值，且与薄层电阻有关，一般为(1～2)，热敏电阻的温度系数是负值，而且温度系数较大，一般为-(20～70)。可见它是一种很好的温度补偿元件。但它随温度变化是非线性的，为了达到良好的补偿效果，可以把热敏电阻与金属膜电阻组合成电阻网络，这样，该网络随温度可作接近线性的变化。当r>0时，网络加在或桥臂上；当r<0时，网络加在或桥臂上。由于的接人，G稍有变化。而的变化可采用零点补偿的方法在相应的桥臂上串入一个金属膜电阻即可解决。经上述补偿后，零位温度系数可以降到以下。总结：扩散硅压力传感器经过以上提出的方法补偿后，零点误差，零位温度系数，灵敏度温度系数，与没有补偿时相比小一个数量级。采用这种方法补偿可以收到满意的效果。4扩散硅压力变送器整体方案设计与计算4.1电源电路4.1.1传感器供电电路压阻式传感器可以用恒压源供电,也可用恒流源供电,但恒压源供电与恒流源供电相比存在环境温度影响不能消除的问题.压阻式压力传感器的四个检测电阻多接为惠斯登电桥形式如图4.1所示,其中:为被测量的压力所转换成的电压信号,假设四个扩散电阻的起始阻值都相等且为R,当有应力时,两个电阻阻值增加,增量为,另两个电阻阻值减小,减小量为,由于温度影响,使每个电阻值都有的变化量。图4.1压力传感器电桥电路恒压源供电时（1）恒流源供电时（2）图4.2惠斯登电桥恒压源与恒流源供电的比较当压力传感器测量电路使用恒压源E供电时如图4.2（1）所示,其输出信号为:恒压时（4.1.1a）是由于温度增加而产生的电阻变化。四个压敏电阻的阻值都相等，电桥输出一方面与成正比，另一方面又与供电电压成正比，即电桥的输出电压除了与被测量成正比之外，同时与电桥的输入电压的大小与精度有关。当温度变化时，输出电压V还和温度有关，即与成非线性关系，所以用恒压源供电时，不能消除温度的影响。当压力传感器测量电路使用恒流源I供电时,如图4.2（2），其输出信号为:恒流时（4.1.1b）可以看出输出电压V与温度无关,这就消除了温度对传感器输出信号的影响。所以采用恒流源。恒流源的特性直接影响系统精度，故应选取精度高、稳定性好的恒流器件。这里选用LM334，电路如图4.3所示,输出1.0mA的恒流电流。图4.3恒流源电路（4.1.1a）其中，(4.1.1b)LM334的温度系数为227μV/℃（包括偏置电流的）。二极管的温度系数约为2.5mV/℃。(4.1.1c(温度系数=0)(4.1.1d)(4.1.4e)有了和的比值，计算和的数值则和设置电流的给定值有关。在T=25℃时设定电流计算公式如下所示，假定整个二极管（VD）的正向压降是0.6V，两端的电压（64mV+偏置电流的5.9％）。(4.1.1f由上式可得：（4.1.1g恒流电流为1.0mA，则，所以。因为，所以。取标称值，。同理，对于为放大器等器件提供激励的电流源也如图4.3所示.恒流源电流约为3.0mA，即,计算得,取标称值，所以。此时。总之，恒流源工作模式下的电桥的输出与电源电流成正比，即输出与恒流源的供给的电流大小与精度有关。恒流源将24VDC直流供电转换成传感器电桥所需的恒定电流，当传感器的桥臂电阻发生变化时，供电电源仍保持恒定的电流供电，而电桥由于桥臂电阻值的变化，引起惠斯登电桥有变化的电压输出，变化的电压一般是毫伏级的变化。通常情况下，恒流源模块是在室内的，而传感器则是室外的。送往传感器的电流只是当负载在一定的范围内变化时保持恒定，当外部短路或开路时，电源模块会自动得到保护，而减小出现火花的可能性。同时，传感器输出的毫伏级信号也不至于线路短路而产生火花。这比通常的高电压供电要相对安全许多，配上安全栅则可以很好的应用于一些需要安全的场合。但只要适当选择应变片的杂质浓度，电桥的输出受温度影响减小，这是恒流源的优点。4.1.2信号处理供电电路图4.4所示为提高单元负载能力的单元电路。D3﹑D4为两个稳压二极管，OP07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的单运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压（OP07最大为25μV），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低（OP07为±1.8nA）和开环增益高的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。为恒流源输出电流，约为2.85mA,Vcc=5V,两个稳压二极管平分电压，使得两端的电压为2.5V，+2.5V信号地与地之间的电压也为2.5V，即三极管Q1两端的电压为2.5V。由于从+2.5V信号地输出的电压是恒定的，而也是固定不变的，所以此也为恒功率放大器。+2.5V信号地可以为信号处理电路提供恒定电压。图4.4提高单元负载能力单元电路4.2信号处理电路仪器仪表信号的放大处理,实际上就是对来源于传感器的微弱信号的放大处理,要求放大器增益高,性能稳定,尤其是零点漂移、温度漂移、增益、稳定性等指标要求较高,也就是要能对信号实现精密放大处理,满足计量要求。在这个领域里,首选就是采用专用精密集成运算放大器,然而精密集成运算放大器价格较高,芯片供电多采用双电源对称供电,对供电电路要求较高,应用上不太方便。而LM124系列集成运放是4组独立的高增益的、内部频率补偿、输入偏置电流是温度补偿的、单位增益带宽是温度补偿的运算放大器,它既可以单电源使用,也可以双电源使用,电源电压可以从+5V一直用到±15V,而且驱动功耗低,每一组运放差模增益可达到100dB。运放要能达到将几十毫伏的微弱信号放大到有几伏的输出的能力,即要求放大器有几百倍的放大能力。同时要求放大器线性要好,增益稳定,温度影响小,工作稳定。以LM124为主要器件，通过外围电路的合理设计,完全能满足高放大倍数、高稳定性的仪器仪表信号的放大处理要求。LM124的管脚接线图如下所示。图4.5LM124管脚接线图4.2.1电路工作原理由于压阻式压力传感器的输出电阻很大,这就要求放大器有更大的输入电阻。从而不吸收传感器的输出电流。放大电路如图4.6所示,这一电路具有很高的输入阻抗和很高的共模抑制比和开环增益；失调电流、电压、噪声和漂移都很小，A1,A2组成同相输入差动电路,具有输入阻抗大,抑制共膜信号的优点,第二级放大电路具有进一步提高发大倍数,抑制共膜信号干扰的优点,调节可变电阻RW的值就可以调节放大倍数。在理想情况下，即假设集成运放A1,A2,A3都具有理想运放的特性。图4.6放大电路在第一级电路中，、分别加到A1和A2的同相端，和两个组成的反馈网络，引入了深度的电压串联负反馈，两运放A1、A2的两输入端形成虚短和虚断，因而有（4.2.1（4.2.1b）故得（4.2.1c根据式（4.2.1d）可得，第二级减法器放大电路（4.2.1e）由此可见该电路对差模信号的增益为,对共模信号的增益为零，共模抑制比无穷大。该放大器第一级是具有深度电压串联负反馈的电路，所以应具有输入阻抗高、输出阻抗低、输入输出失调小以及温度稳定性好等特点。若A1、A2选用相同特性的运放，则它们的共模输出电压和漂移电压也都相等，再通过A3组成的差分式电路，可以互相抵消，故它有很强的共模抑制能力和较小的输出漂移电压，同时该电路有较高的差模电压增益。为保证在使用很长传输线时仍达到良好的性能，所有相同阻值电阻之间应匹配良好。并且应严格挑选几个外接电阻、、、。A1、A2可外接电阻，可在0～10KΩ之间任取，这里取为。这里未画出。由于惠斯登电桥的满量程输出为10～20mV，希望放大后输出信号在1～2V之问，需要放大器的增益在100倍左右即：。将运算放大器A1和A2的增益设置为2倍，而A3的增益就应当是50倍了。由此可计算出电阻值分别为：。在输出的最后可以接一个由A4构成的电压跟随器，目的是减小输出端负载对输出信号的影响。4.2.2滤波电路设计凡是由放大器等有源元件和无源元件组成的滤波器称为有源滤波器。由运算放大器和电阻、电容（不含电感）组成的滤波器称为RC有源滤波器。有源滤波电路的负载不影响滤波特性，因此常用于信号处理要求高的场合。有源滤波电路一般由RC网络和集成运放组成，因而必须在合适的直流电源供电的情况下才能使用。有源滤波电路不适用于高电压大电流的场合，只适用于信号处理。RC低通滤波电路的频率响应在放大电路的高频区,影响频率响应的主要因素是管子的极间电容和接线电容等,它们在电路中与其他支路是并联的,因此这些电容对高频响应的影响可用图4.7所示的RC低通电路来模拟。图4.7用来模拟放大电路高频响应的RC低通电路利用复变量S，由图可得滤波电路的传递函数为:(4.2.2a)对于实际频率，，并令（4.2.2b）可得高频区的电压增益（4.2.2c可以画出该RC低通电路的频率响应如图4.8所示。(a)幅频响应(b)相频响应图4.8RC低通电路的频率响应设计一：从传感器输出的电流并不是稳定的，它随桥臂电阻的变化而变化，加上如图4.9（1）所示的滤波电路，可以有效的滤除高次谐波。使输出电压纹波系数降低，波形变得比较平滑。（1）（2）图4.9滤波电路设计二：电压信号经信号处理电路放大以后，变得更加不稳定。为此，在A3放大器的后面加一个如图4.9（2）所示的滤波电路。在滤波电路中采用了RC低通滤波电路,低通滤波电路是只允许低于某一频率的信号通过，而不允许高于该频率的信号通过。加上该滤波电路使得输出电压中的波动成分尽可能地减小，把它改造成接近恒稳的直流电。4.2.3调零和调满电路设计1.调零电路对零点进行调节的电路，实质上就是调节本级放大电压输出的大小,保证在信号源零度时整个回路电流。它由、、、组成，如图4.8所示。图中在本级电压输入正端叠加一个调零电压，使不足4mA的静态工作电流达到4mA。此外，在该电路中，还有一个部分，那就是减小电源波动对电路输出的影响，即电路中的,它可以抑制电源波动带来的影响。当外界电压源发生较大的波动时(或负载电阻变化)，电路静态工作电流会发生微小变化,我们可以利用来稳定输出电流。其工作原理一方面是电源增大带来静态电流增加,另一方面电源的增大通过加到本级放大器的负端起到减法作用,使本级输出电压下降,选择合适的阻值,可以保证电源在允许范围内波动时输出电流的稳定。图4.8调零电路图2.调满电路图4.9调满电路是由、、组成的对上一级电压输出分压构成。（4.2.3a）当调节到上端时，，当调节到下端时，。所以通过对的调节，使得满度压力时接收器的电流恰好为20mA。图4.9满度调节电路图4.3电压电流转换两线制V/I变换器是一种可以用电压信号控制输出电流的电路。两线制V/I变换器与一般V/I变换电路不同在：电压信号不是直接控制输出电流，而是控制整个电路自身耗电电流。同时还要从电流回路上提取稳定的电压为调理电路供电。图4.10是两线制V/I变换电路的基本原理图：图中A、Q2、、构成了V/I变换器。在图示条件下，负载电阻上获得的电流为。由此式可以看出,负载电流的大小与负载本身的大小无关,而是与电阻的大小有关。图4.10电压电流转换图通过V／I转换级，使输入电压信号转换成标准电流信号4～20mA输出。由于电压信号是1～5V变化，所以求得电阻的值为。4.4两线制输出两线制是指现场变送器与控制室仪表联系仅用两根导线，这两根线既是电源线，又是信号线。两线制变送器的原理是利用了4～20mA信号为自身提供电能。如果变送器自身耗电大于4mA，那么将不可能输出下限4mA值。因此一般要求两线制变送器自身耗电（包括传感器在内的全部电路）不大于3.5mA。这是两线制变送器的设计根本原则之一。采用电流信号的原因是不容易受干扰。并且电流源内阻无穷大，导线电阻串联在回路中不影响精度，在普通双绞线上可以传输数百米。上限取20mA是因为防爆的要求：20mA的电流通断引起的火花能量不足以引燃瓦斯。下限没有取0mA的原因是为了能检测断线：正常工作时不会低于4mA，当传输线因故障断路，环路电流降为0。常取2mA作为断线报警值。变送器在电路中相当于一个特殊的负载，特殊之处在于变送器的耗电电流在4～20mA之间根据传感器输出而变化。显示仪表只需要串在电路中即可。这种变送器只需外接两根线，因而被称为两线制变送器。工业电流标准下限为4mA，因此，只要在量程范围内，变送器至少有4mA供电。这使得两线制传感器的设计成为可能。在工业应用中，测量点一般在现场，而显示设备或者控制设备一般都在控制室或控制柜上。两者之间距离可能数十至数百米。按一百米距离计算，省去两根导线意味着成本降低近百元。因此在应用中两线制传感器必然是首选。图4.11压力变送器接线图5MPU最小系统及数据采集通信系统设计5.1系统硬件设计1.硬件电路供电电源设计作为高精度的数据采集和通信电路，必须满足较高的分辨率指标，因而要求仪器输出的模拟电信号有着较高的信噪比。仪器电源因有较大的功率消耗，电容滤波不完全所产生的纹波电压和热噪声将直接作用于其供电的器件上，这就对供电电源有着严格的要求。另外，在仪器的小型化方面，对供电电源也有较高的要求。图5.1硬件电路供电电源2．MCU系统及设定电路设计图5.2STC12C2052AD单片机电路MCU小系统由集成度较高的STC12C2052AD单片机及其复位电路和设定电路组成,单片机采用内部晶振，简化了外围电路的设计，降低了整机系统的功耗；STC12C2052AD是单时钟／机器周期(1T)的单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但采集速度快8～12倍，内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A／D转换。MCU的间歇工作周期可由键盘输入，如果单片机进入掉电模式，可通过S1外部中断0唤醒MCU进入正常工作模式。STC12C2052AD单片机有一个全双工的串行通讯口，单片机和PC之间进行串行通讯时可通过MAX487与RS-485连接。3．串行接口设计图5.3串行接口CH341是一个USB总线的转接芯片，通过USB总线提供异步串口、打印口、并口以及常用的2线和4线等同步串行接口。在异步串口方式下，CH341提供串口发送使能、串口接收就绪等交互式的速率控制信号以及常用的MODEM联络信号，用于为计算机扩展异步串口，或者将普通的串口设备直接升级到USB总线。是USB端口，USB总线包括一对5V电源线和一对数据信号线，通常+5V电源线是红色的，接地线是黑色的，D+信号线是绿色的，D-信号线是白色。USB总线提供的电源电流最大可以达500mA，一般情况下，CH341芯片和低功耗的USB产品可以直接使用USB总线提供的5V电源。如果USB产品通过其他供电方式提供常备电源，那么CH341也应该使用该常备电源，如果需要同时使用USB总线的电源，那么可以通过阻值约为1Ω的电阻连接USB总线的5V电源线与USB产品的5V常备电源，并且两者的接地线直接相连接。和是独石或高频瓷片电容，容量为4700pF到0.02uF，用于CH341内部电源节点退耦，容量为0.1uF，用于外部电源退耦。晶体Y，电容和用于时钟振荡电路。Y的频率是12MHZ，和的容量为15pF~30pF的独石或高频瓷片电容。如果USB产品使用USB总线的电源，并且在VCC和GND之间并联了较大的电容，使得电源上电过程较慢并且电源断电后不能及时放电，那么CH341将不能可靠复位。建议在RSTI引脚与VCC之间跨接一个容量为0.1uF或者0.47uF的电容延长复位时间。发光二极管和限流电阻是可选器件，通常被省去。外部串行配置芯片是可选器件，当被省去时，可以通过SCL和SDA引脚连接组合选择芯片功能。4．USB转RS-485总线接口电路设计在工业控制及测量领域较为常用的网络之一就是物理层采用RS-485通信接口所组成的工控设备网络。这种通信接口可以十分方便地将许多设备组成一个控制网络。从目前解决单片机之间中长距离通信的诸多方案分析来看，RS-485总线通信模式由于具有结构简单、价格低廉、通信距离远和数据传输速率高等特点而被广泛应用于仪器仪表、智能化传感器集散控制、楼字控制、监控报警等领域。图5.4USB转RS-485总线接口电路RS-485是一种多发送器的电路标准，它扩展了RS-422A的性能，允许双导线上一个发送器驱动32个负载设备。负载设备可以是被动发送器、接收器或收发器(发送器和接收器的组合)。RS-485当用于多站互联时，可节省信号线，便于高速距离传送。RS-485只规定了平衡驱动器和接收器的电特性而没有规定接插件传输电缆和应用层通信协议，使用时传输的距离短，数据的容错没有考虑。485总线系统更适合于应用在小型的对于速度要求不是很高，数据传输量不是很大的数据采集系统中。其容错和应用层的协议，可以自己通过软件来实现，比较灵活。在通信距离为几十米到上千米时，RS-485收发器被广泛使用。TNOW用于控制RS-485总线半双工收发器U3的收发状态。RS-485收发器采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力，加上接收器具有高的灵敏度，能检测低达200mv的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。RS-485采用差分信号负逻辑，＋2V～＋6V表示“0”，-6V～-2V表示“1”。RS-485有两线制和四线制两种接线，四线制只能实现点对点的通信方式，现很少采用，现在多采用的是两线制接线方式，这种接线方式为总线式拓扑结构在同一总线上最多可以挂接32个结点。在RS-485通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机。很多情况下，连接5.2系统软件设计软件设计主要完成数据采集与通讯。在软件设计时，为了系统扩充和移植方便，采用了模块化设计，对一些特征参数设置为全局变量，各模块之间采用子程序调用连接。软件设计的关键是对STC12C2050AD的操作，每一次与STC12C2050AD的通讯都应根据需要设置控制寄存器、通讯寄存器等。数据采集采用查询方式，进入子程序模块后先关中断，模块执行完后再开中断。1．主程序模块主程序主要完成初始化，采集系统基准校核，进行STC12C2050AD端口识别和设置、读取采集的数据并进行计算和判断．为了提高系统抗干扰能力，设计了看门狗电路，根据调试，在STC12C2050AD采样频率设置为2Hz时，程序一次执行时间约为0.8S，故主程序每个循环都应清看门狗一次。主程序流程图如图5.5所示。开始开始程序初始化参数设定有按键否A/D转换获取压力压力校正显示压力电流输出键处理YN图5.5主程序流程图

6实验实测数据与误差分析6.1扩散硅压力变送器的测量图6.1扩散硅压力变送器实物图（1）图6.2扩散硅压力变送器实物图（2）如图6.2所示的扩散硅压力变送器实物图，A侧将固定在压力测量仪上，集成的电路板放在壳体内，并通过引线连接到B侧的端子上，用来与电源或显示仪表连接。在此课题的实际测量中，将电源接到B侧的接线端子上，并将万用表串联进去，不断增加压力，万用表上显示的电流也逐渐增加。具体测量数据如表6.1所示。表6.1压力变送器整机测量结果压力值（kPa）0255075100输出电流理论值（mA）4.0008.00012.00016.00020.000百分比%0.00025.00050.00075.00020.000输出电流实测值（mA）上行程3.9807.97011.97015.96019.960下行程3.9907.97512.02015.97019.960回差0.0200.0300.0300.0400.040误差0.125%0.188%0.188%0.250%0.250%最大误差0.25%由表6.1可以看出,压力和输出电流之间是非线性关系，它们之间存在一定的误差。6.2扩散硅压力变送器的误差分析对于扩散硅压力变送器，产生测量误差的主要原因有：传感器的温度漂移、传感器安装倾斜、信号源的幅值不稳定、运算电路不理想等。具体分析如下：1.温度漂移产生的误差这是一项以复杂规律变化的变值系统误差，由于其规律不易掌握，按照一般的经验，通常把它视为随机误差来处理。根据实际观测到的漂移情况，此项测量误差约为2.传感器安装倾斜产生的测量误差若传感器在安装时端面的法线与间隙的变动方向不一致，也会产生一个测量误差。如图6.3所示，若二者之间的倾角为，则当测头移动时，实际的间隙变化量为。由图中的几何关系可以得到（6.2a）图6.3传感器的安装误差所产生的测量误差因此，由传感器的安装误差而产生的测量误差为(6.2b)一般很小，，所以（6.2c）此项误差随着间隙变化量的增加而增加，因此从性质上仍属于变值系统误差。但由于标定仪器及实际测量时的具有随机性，故通常把它按随机误差来处理。由于越大，越大，因此应对传感器安装时的加以限制。如果（0.0175rad），则的大小不会超过。当达到满量程时，此项误差也达到其极限值。3.信号源信号幅值不稳定产生的测量误差这是一项随机误差。信号源是用来给运算电路提供载波信号的，它的幅值稳定性直接对放大器输出的调幅波产生影响。由运算电路的输出电压表达式可以看出，若信号源的幅值有一相对误差，则它将使输出调幅波的幅值产生一同样大小的相对误差，当传感器间隙变化时，所产生的绝对测量误差为（6.2d）此压力变送器的约为。在进行定量的误差分析时，主要考虑上述误差中不可忽略的误差项，对于变化规律难以确切掌握的变值系统误差，可当做随机误差来处理。因此，压力变送器总的测量误差为系统误差+随机误差。7总结本论文完成了对“扩散硅压力传感变送器”的研制与改进。在对该产品进行设计的过程中，通过亲自动手完成焊接以及调试等过程，我解决很多的实际问题，学习到了很多实践方面的知识。通过对本课题的研究，我已经熟练掌握了扩散硅压力传感变送器的设计过程以及压力变送器的工作原理和工作过程。本课题中我完成的工作如下：1．首先了解了压力传感器的机械原理和工作原理。2．初步建立变送器的各个系统，熟悉各个系统的概念、组成、功能。3．针对实际测量过程中会出现的各种干扰，对压力传感器测量系统的稳定性、分辨率、精度进行统一量化及非线性数据补偿。使得在使用时提高了测量的精度和灵敏度。4．对传感器和信号处理电路的供电采用LM334恒流源，使得当传感器桥臂电阻发生变化时，供电电源仍保持恒定的电流供电。同时，恒流源供电要比恒压源供电更能消除温度对传感器的影响。5．信号处理电路采用LM124集成运算放大器，它是高增益的，带内部频率补偿的，输入偏置电流是温度补偿的且单位增益带宽是温度补偿的运算放大器,它既可以单电源使用,也可以双电源使用。6．由于采用了专用数据采集模块与计算机联机通信，可通过计算机对变送器内部参数进行远程组态和调整，也可通过变送器上的量程迁移设置按钮和调零迁移按钮，进行现场调整。7．对调零和调满电路等其他的各个系统进行详细的讨论和可行性的论证。8．对本课题的研究是以济南亚民自动化仪表有限公司的产品为基础，对该仪器的小型化做了进一步的改进，将压力变送器中的所有功能模块都集中到了一个PCB板上，使压力变送器成为了一台便携的测量仪器。9．最终完成了一台可用于远距离测量的扩散硅压力传感变送器。智能化扩散硅压力传感变送器可以在实际生产过程中进行实时测量，把压力参数作为现场工艺状态的重要主参数，以实现在线智能化高精度检测的设备，测量传感系统具有体积小，重量轻，测量精度高，安装方便，长期稳定度好等优点。在精密应变测量等领域中具有广泛应用。但仪器还存在尚且需要改进的地方，由于压力传感器本身测量原理的缺陷，使得仪器存在一定的非线性，而且由于测量电子线路的不稳定性造成一定的温度漂移，应当对扩散硅压力变送器的电子线路进行更加深入的研究，增强测量稳定性，使其更加适合现场测量。谢辞到今天为止，关于对智能化扩散硅压力传感变送器的研制的设计顺利完成了。这个毕业设计是在李红民老师的悉心指导下完成的，从论文选题，实际变送器的研制到毕业论文的写作无不倾注了李老师的辛勤和汗水。毕业设计是检验和锻炼学生实际工程设计能力的一项教学环节。在此次设计中，我综合运用所学知识，亲自动手实践。它不但使我学到了相当多的知识，取得了一定的成果和进步，而且还培养锻炼了我独立分析和解决问题的能力，使得学过的知识得到很好的、综合的应用。毕业设计期间，李老师为我作了大量的辅导和答疑工作，帮我解决了设计过程中的一个个难题，使设计工作顺利完成。他那严谨的治学态度、渊博的学识、精益求精的科研作风、忘我工作的奉献精神给了我极大地帮助和影响。在此，向李红民老师致以深深的谢意。同时，最后，我还要感谢在百忙之中评阅论文和答辩的老师们。此次设计及论述过程中难免有错误和不妥之处，敬请各位老师和同学批评指正。参考文献[1]强锡富.传感器.北京：机械工业出版社，1997.106～132[2]苏铁力.传感器及其接口技术.北京：中国石化出版社，1998.246～252[3]吴石增，黄鸿.传感器与测控技术.北京：中国电力出版社，2003.81~99[4]颜重光.\o"两线制压力变送器"两线制压力变送器[J].电子技术，1993,(11)[5]张文，压阻式压力传感器的温度误差补偿技术及虚拟仪器的组建[D]合肥工业大学，2004[6]李玲玲,赵全明.压力传感器的温度补偿[J]传感器世界,2000,(08)[7]usb7325BF.数据采集卡说明书[8]高春甫，艾学忠.微机测控技术.北京，科学出版社[9]王栋.VisualBasic程序设计(第二版)，清华大学出版社[10]赵继文，何玉彬.传感器与应用电路设计，科学出版社，2002.[11]陈曦.\o"扩散硅压力传感器及其温度补偿"扩散硅压力传感器及其温度补偿[J]自动化仪表,1997,(03)[12]康华光,陈大钦.电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2003.[13]徐广忠等．扩散硅压力传感器的温度扑接STC论文集，1991；171[14]彭军编著．传感器与检测技术[M]．西安：西安电子科技大学出版社．2003，[15]刘君华，智能传感器系统[M]西安：西安电子科技大学出版社，1999[16]张键．吴雪松．提高A／D转换精度的设计思想及实现电路．计算机自动测量与控制．2001．[17]王化样等．传感器原理及应用．天津大学出版社1988[18]胡汉才.单片机原理及其接口技术（第二版）.北京：清华大学出版社，1996年[19]赵晶.电路设计与制版Protel99高级应用.北京：人民邮电出版社，2000年[20]BryzekJ1996MEMS:acloserlookatpart2:theMEMSindustryinSiliconValleyanditsimpactonsensortechnologySensorsJuly4[21]GridchinVA,LubimskyVMandSarinaM1995PiezoresistivepropertiesofpolysiliconfilmsSensorsActuatorsA4967–72[22]ZhangYandWiseKD1995Ahigh-accuracymulti-elementsiliconbarometricpressuresensorDigestTech.Papers1995Int.Conf.onSolid-StateSensorsandAc