梅強

（濟南鐵路局計量所，濟南 250001）

1 引言

壓力傳感器試驗臺主要是運用在鐵路電務(wù)部分，對鐵路的電務(wù)進行檢測，所以，壓力傳感器的檢測結(jié)果是否準確合格，這將直接關(guān)系到列車運行中的各項指標是否準確。所以，要保障壓力傳感器試驗臺的準確使用，鐵路部門就要嚴格按照高技術(shù)、高水平的檢測手段通過壓力傳感器試驗臺進行檢測。

根據(jù)國家的明文規(guī)定，對壓力傳感器試驗臺的計量檢定，一般是根據(jù)國家計量檢定規(guī)程JJF59－2007《活塞式壓力計檢定規(guī)程》和JJG(鐵道)181－2004《列車運行監(jiān)控記錄裝置測試設(shè)備檢定規(guī)程》，采用精度等級在0.05%的二等活塞式標準壓力計，或者精度等級為0.02%的多功能過程信號校準儀，對壓力傳感器試驗臺進行檢測，以此來確保列車在運行過程中的數(shù)據(jù)能夠準確可靠。

2 變送器的發(fā)展現(xiàn)狀

變送器是一種基礎(chǔ)性的自動儀表，在工業(yè)中、鐵路的傳送和檢測工作中都發(fā)揮著重要的作用，變送器的發(fā)展歷程主要是經(jīng)過了四個階段，第一階段是在最初，利用大位移的工作原理，這個階段的技術(shù)剛剛起步，所以變送器的精確度比較低，而且重量很大；第二階段的變送器主要是運用了力平衡的工作原理，雖然精確度有所提高，但還是由于容易受到周圍環(huán)境的影響，精準度不高；第三階段的變送器在這個階段已經(jīng)引入了新材料，和上面兩個階段的精準度相比較已經(jīng)有了明顯提升；第四階段是在20世紀90年代，電子技術(shù)的發(fā)展促進了變送器技術(shù)的進步，變送器開始向著智能化的方向發(fā)展。

相比較與發(fā)達的國家來說，我國的變送器技術(shù)仍然是處于落后地位，我國對壓力傳感器的起步比較晚，相比較與美國、日本等電子大國，我國的壓力傳感器不論是從性能上還是水平上都處在落后地位。但是未來的發(fā)展趨勢勢必是朝著更加小型化、集成化、智能化、標準化的方向進步。

3 壓力傳感器的工作原理及其零點漂移

3.1 壓力傳感器的靜態(tài)特性指標

主要有以下幾種:①靜態(tài)靈敏度，這是壓力傳感器最重要的性能指標，靜態(tài)靈敏度主要是傳感器的被測量單位變化量引起的輸出變化量，所以，對傳感器中靈敏元件的選擇是至關(guān)重要的，關(guān)鍵是對靈敏度的選擇。②線性度，從理論上來講，傳感器的靜態(tài)指標應(yīng)該是一條直線，但是在實際的操作過程中，傳感器的輸出或者輸入一般來講都不會是直線，我們就稱傳感器的實際靜態(tài)特別的校準曲線和任何一個參考直線的不吻合程度的最大值是線性度。③零點漂移，漂移指的就是在傳感器的輸入和環(huán)境溫度都不變的時候，其輸出量會隨著時間的變化而變化。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因就是由于在傳感器的內(nèi)部各個環(huán)節(jié)的性能指標都是隨著機器內(nèi)部的溫度變化而變化的，這同樣也反應(yīng)出了傳感器的穩(wěn)定性指標[1]。

3.2 壓力傳感器的工作原理

壓阻式變換原理能夠制成壓敏電阻，壓敏電阻能夠感受到物體在受力時發(fā)生的應(yīng)變力，而應(yīng)變力能夠使壓敏電阻的阻值發(fā)生變化，通過電路的連接，能夠通過電阻阻值的變化反應(yīng)出電壓或者電流的變化。利用這種原理制成的傳感器就是壓阻式傳感器，擴散型硅壓力傳感器的運用主要是半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)，在半導(dǎo)體材料中的應(yīng)變系數(shù)與金屬的應(yīng)變系數(shù)相比較，半導(dǎo)體材料靈敏和得多，這種變化主要是能夠引起電阻率的變化。這種壓力傳感器的主要優(yōu)點有分辨率比較高，響應(yīng)比較及時，但是也存在著缺點，就是壓阻效應(yīng)的溫度系數(shù)比較大，長時間工作容易存在較大的溫度誤差。

3.3 壓力傳感器的零點漂移問題

零點漂移就是在壓力傳感器中的放大器輸入端短路的時候，在輸出端會呈現(xiàn)出不規(guī)律的或者變化比較緩慢的電壓產(chǎn)生，這種現(xiàn)象就是零點漂移，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是由于晶體管的參數(shù)值在溫度變化時受到了影響，或者電源電壓的波動對壓力傳感器的指標產(chǎn)生了影響等[2]。在很多的放大器中，零點漂移在前面受到的影響越大，級數(shù)越多，放大倍數(shù)越大，則產(chǎn)生的零點漂移就會越嚴重。壓力傳感器中的材料選擇、材料的結(jié)構(gòu)組成以及材料的穩(wěn)定性或者熱阻性等都會影響零點漂移的大小。選擇精確度高的材料是一個方面，對材料加工的工藝也十分重要，加工制成的工藝不同也會影響應(yīng)變值的不同。

例如，對型號為LKJ-93、編號為02210127的壓力傳感器試驗臺進行檢測，實驗重復(fù)測量10次，得到以下表1的數(shù)據(jù)。

表1 壓力傳感器試驗臺檢測結(jié)果

從表1可以看出，10次檢測中有7次存在零點漂移，最大值在±2kPa之間。由于以上零點漂移情況存在，將會使該試驗臺檢測到的數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差。

出現(xiàn)上述零點漂移的具體原因主要是由于晶體管中的參數(shù)值由于溫度的影響產(chǎn)生了波動或者電源電壓不穩(wěn)定對參數(shù)值也產(chǎn)生了波動，出現(xiàn)零點漂移的具體原因有以下幾方面，主要有：

①在應(yīng)變片的膠層中存在氣泡或者別的東西；

②選擇的應(yīng)變片本身的性能就不夠穩(wěn)定；

③在壓力傳感器的電路中存在著虛焊點；

④彈性體的應(yīng)力沒有完全釋放出來，另外，零點漂移出現(xiàn)的原因也和周圍的磁場、環(huán)境的溫度有很大的關(guān)系。

在沒有任何干擾的情況下，傳感器中的四個擴散電阻應(yīng)該是有相同的阻值，但是由于溫度的變化，阻值也發(fā)生了變化，在一定溫度范圍內(nèi)，電阻的值是隨著溫度的增加而增加的，這就是產(chǎn)生了零點漂移。

4 解決零點漂移問題的建議

壓力傳感器的性能指標和零點漂移存在著很大的關(guān)系，所以要減小壓力傳感器工作的偏差，可以通過一些方式縮小零點漂移的范圍或者對其進行修正，電阻值的不確定以及溫度的非線性都影響零點漂移，同時，電阻的反向漏電也對零點漂移產(chǎn)生著重要影響，對于這一點，可以通過多晶硅吸除掉設(shè)備中的重金屬物質(zhì)，從而能夠降低力敏電阻出現(xiàn)反向漏電的頻率，減少零點漂移的出現(xiàn)，提高壓力傳感器的準確度。此外，零點電漂移和零點熱漂移兩者是能夠相互減弱的，利用零點電漂移減少零點熱漂移，這種情況的調(diào)節(jié)方式有很多，現(xiàn)在的市面上基本上都是根據(jù)廠家的生產(chǎn)條件或者生產(chǎn)需求來進行調(diào)節(jié)的?，F(xiàn)在的壓力傳感器的制作廠家基本上對零點漂移的控制方面都有很大的提升，溫度帶來的變化可以通過設(shè)備內(nèi)部的溫度電阻或者靈敏度電阻進行補充，這就減少了溫度帶來的誤差，對于容易出現(xiàn)零點電漂移的變壓器，可以通過選擇好的器件對傳感器進行設(shè)計，來減少由于電路引起的變化，對于傳感器中的應(yīng)變材料應(yīng)該多選擇靈敏度高、對溫度不敏感的材料。

5 結(jié)語

相比較于國外的壓力傳感器技術(shù)來講，我國在壓力傳感器技術(shù)上仍然有很大的上升空間，前方要走的路還很長，要借鑒國外傳感器廠家好的經(jīng)驗，如果補償零點漂移，如何補償溫度引起的變化，可以利用硬件補償，社會在發(fā)展，技術(shù)在進步，不斷積累經(jīng)驗，爭取掌握核心技術(shù)。所以要抓緊掌握減少零點漂移的補償方法，向智能化、小型化、集成化、標準化發(fā)展。