4.2. Đặc tính cảm biến áp suất áp trở
4.2.2. Sự phụ thuộc nhiệt độ vào đặc tính
Đặc tính khác của cảm biến là sự ảnh hƣởng của nĩ dƣới sự thay đổi nhiệt độ. Điện trở suất và hệ quả là hiệu ứng áp điện trở của silic phụ thuộc vào nhiệt độ. Điện trở suất thay đổi do sự dịch chuyển của mức offset zero, chẳng hạn sự thay đổi điện áp ngõ ra do thay đổi nhiệt độ khi khơng cĩ tải áp suất đặt vào. Thứ hai, thay đổi hệ số áp điện trở sẽ ảnh hƣởng đến độ nhạy. May thay, trong luận văn này, áp điện trở đƣợc nối thành cầu Wheatstone, mà nĩ cĩ đặc tính bù nhiệt rất tốt; Vì thế vấn đề thứ nhất về mặt lý thuyết sẽ đƣợc lờ đi. Tuy nhiên, trong thực tế, rất khĩ đạt đƣợc tính đồng nhất hồn tồn về áp điện trở của mỗi điện trở trong cầu Wheatstone, vì vậy sự dịch chuyển nhỏ vẫn cĩ thể xảy ra. Kết quả thực nghiệm đƣợc trình bày trong (hình 4.11) về điện áp ngõ ra vi sai phụ thuộc vào tải áp suất ở nhiệt độ 300C, 400C, 500C, và 550C.
0 20 40 60 80 100 0 5 10 15 20 25 30 35 V out (mV) Pressure (kPa) 30 0C 40 0C 50 0C 55 0C
Hình 4.11. Mối quan hệ giữa điện áp ngõ ra và tải áp suất phụ thuộc vào nhiệt độ.
Trong hình vẽ này, chúng ta tạm thời khơng quan tâm sự phụ thuộc của điện áp VOFFSET vào nhiệt độ và sự phụ thuộc này sẽ đƣợc thảo luận ở hình sau này. Từ (hình 4.11), chúng ta cĩ thể thấy rằng đặc tính của Vout phụ thuộc vào áp suất ở nhiệt độ khác nhau thì vẫn tuyến tính trong dãy áp suất khảo sát. Ở khía cạnh khác, sự ổn định của cảm biến cũng đƣợc kiểm tra và kết quả thể hiện ở (hình 4.12). Sai số trong số lần đo là 0.22 % ở ngõ ra giữ đúng giá trị thực.
Thơng qua việc khảo sát thể hiện đặc tính cảm biến đối với nhiệt độ, chúng ta cũng cĩ thể xác định sự thay đổi Offset nhƣ là chức năng làm sai lệch từ nhiệt độ tham chiếu và làm thay đổi độ nhạy đối với nhiệt độ. Kết quả đƣợc trình bày ở (hình 4.13) và (hình 4.14).
Ở hình 4.13, chúng ta cĩ thể thấy rằng việc dịch offset-zero thì hơi nhỏ hơn so với điện áp ngõ vào và với nhiệt độ. Trên cơ sở các đƣờng biểu diễn, chúng ta sẽ xác định hệ số nhiệt độ offset (αVOS = - 0.098 mV/K) đĩ là hệ số gĩc của đƣờng biểu diễn trong (hình 4.13). Hệ số gĩc nhiệt độ của độ nhạy cũng
đƣợc xác định tƣơng tự với giá trị αS = - 6.059x10-4 mV/kPa/K trên cơ sở đƣờng biểu diễn ở (hình 4.14). 0 20 40 60 80 100 0 5 10 15 20 25 30 35 V out (mV) Pressure (kPa) At 55 oC
The first measuring time The second measuring time The third measuring time
Hình 4.12. Mối quan hệ giữa điện áp ngõ ra và tải áp suất ở nhiệt độ 550C
Do đĩ, đối với cảm biến khơng bù nhiệt, mối quan hệ giữa điện áp ngỏ ra vi sai VDIFF đối với áp suất P và nhiệt độ T là:
VDIFF = VOS + TαVOS + P(STroom + TαS)
Với VOS là điện áp vi sai ở điện áp nguồn cung cấp khơng đổi, khơng cĩ áp suất đặt vào, và ở nhiệt độ chuẩn và S là độ nhạy của cảm biến ở nhiệt độ gốc.