【经验】硅压阻压力传感器的信号特征及误差分析

时间： 2020-05-14 来源：Amphenol Sensors

技术问答

传感器的误差

只要有测量就一定存在误差。对于具体应用而言，即使有误差，从某种意义上来讲，却也是相对的。只要误差在允许的范围之内，就可以被接受，并且专业的用户一般在实际应用中会遵循“适用，优选”的原则来选择传感器。压力传感器在应用中，其关注的特性包括但不限于以下几种特征：

· 压力测量范围：FSO-kPa（差压/静压，表压/密封表压，绝压）

· 压力测量误差：±kPa

· 测量分辨率：kPa/bit

· 工作电压/电流

· 存储、工作温度范围，测量介质

· 压力测量响应特性,重复性，长期稳定性

在这些压力参数之下，掩藏着一颗将压力转换为电信号的压力传感器芯体或者模块。测量压力有多种原理方式，但不是每种原理都可以涵盖所有的压力类型及压力范围：

· 硅压阻

· 溅射薄膜

· 硅谐振

· 电容式

· 电涡流

· 力平衡熔石英波登管

· 应变片…

关于误差分析，以下内容将针对硅压阻方式的压力传感器进行一个简单的说明。

图-1硅阻压力传感器从硅片到各型封装应用

在图-1中，列举了当前在各个领域中广泛应用的基于硅压阻压力传感器从裸片到若干封装的几个典型形式。产品类型中有的仅作外部封装，有的将对应量程输出模拟信号经过温度补偿和校准，可以进行互换操作的；有的进一步将模拟信号放大处理的，及进一步数字化处理后输出；有的进行数字化校准后使用相应的接口协议在工业界广泛应用的压力变送器形式的，以及在汽车，医疗等行业的应用中，集成其它诸如温度或者气体等传感器的成为一种综合形式的模块。当然，也有利用待测介质的压力特性测量其它对应的物理量，比如用于呼吸机等领域的基于低差压传感器的流量传感器等。

一般而言，在未经数字化处理之前的压力传感器，多会在产品的特性栏中描述迟滞（压力、温度）及线性度、温度系数等特征参数。而经过数字化处理后的压力传感器或者变送器，在描述输出信号特性的时候，大多不再描述这些参数指标，而是提供总体的测量精度等参数。这种差异并不是因为数字化可以消除类似迟滞等特性，而是数字化处理后很难再区分是因为传感器元件的测量信号还是固件处理本身引起的某些类似迟滞等特性。因此一般均把迟滞、温度特性等引起的元件测量误差和量化处理误差综合成为了产品最终的测量精度、误差及长期稳定性的描述上更为合理。

数字调理往往较少对传感器电桥的对称性进行处理。如果考虑到硅阻压力传感器在0负载点输出的偏差(Offset)分布对于前端放大电路增益的影响，以及后续ADC部分对有效信号（FSO）因增益的变化导致的分辨率变化，则需要统筹考虑。数字化后的输出除非需要，否则Offset都从指定的0点计算。

模拟补偿和校准，可以在ADC参与处理之前通过改善对称性(0点Offset输出接近于0V输出)、温度敏感性及输出一致性等方面，使得产品的互换性方面有明显的提升。因此两种方式均有各自的特点，这里我们在分析压力传感器的误差时，将不会对数字化之后的压力产品进行进一步分析，而仅限于利用电阻网络进行温补和校准后的压力产品。

基于硅阻压力传感器的特性，其误差处理时，一般分为两种类型的误差：

· 可补偿误差（一般为温度影响所致，具重复性）

· 不可补偿误差（一般为压力、温度及封装应力等所致，不可重复）

当然，即使是可补偿部分的误差，也会因为不同的补偿处理方式获得不同精度的误差抵消。

图-2硅阻压力传感器在固定温度下的输出曲线（绿色）特性与理想压力传感器输出曲线（蓝色）比较

为后续误差分析，在图-2中，展示了硅阻压力传感器一般的输出特性。图中所示术语如下：

Zero: 理想参考零点

Offset: 实际零负载输出偏差，即施加0负载压力时的输出电压信号

FSO：满量程输出，从施加满量程压力时输出到零点输出信号差

BFSLNL：相对最佳拟合直线的非线性度 (Non-Linearity/BestFit Straight Line)

传感器的特征值及误差分析

以下我们以安费诺旗下Novasensor的一款中压100kPaG硅阻压力传感器进行封装、校准温补之后的316L不锈钢硅油

表-1：NPI-19VC-101G压力传感器参数表(1)

表-2：误差计算从到25℃到70℃

从最后结果来看，很难想象这个硅压传感器在校准之前同样情况下的偏差可以达到±10%FSO以上。

后记

如果有兴趣，大家可以对比一下硅阻压力传感器温补校准前后的参数特性，经过专业的操作，看起来天马行空的产品也可以被驯服地稳定可靠，精度满足各种应用。小小乾坤，大有文章。当前安费诺传感器（ AMPHENOL SENSORS）旗下有多个全球品牌引领压力传感器的研发、生产和应用。

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勇往前进 Lv6. 高级专家 2020-11-19

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zzuliu Lv5. 技术专家 2020-08-18

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zzuliu Lv5. 技术专家 2020-08-18

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型号- DLH,ADCX,ACPC-C,AXCA,ACPC,BLV,DLV,ACPC-H,AXCA-PRIME,AXCA-MIDDLE,MAMP,MLV,SAMP,ACPC-P,BLC,ADUX,BLVR,MAMP-/P,ADCA,DLH,DLVR,DLVR,BLCR,MAMP-P,MDCX,ADO,BLV,AXCX-PRIME-INCH,DLHR,DLHR,AXCX,MLV,AXCA-MIL,BLC,DLC,ADO-MIL

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型号- NPP-301B-700AT,IPT1000,51243,51245,51003,51244,NPP-301A-100AT,51005,51367,51004,51007,51006,51009,NPI-19X-YYYZZ,51008,51407,51406,NPI-15X-YYYZZ,51409,51408,NPP-301A-200A,NPH-XYYY-ZZ,51010,51012,51254,51011,51253,51013,NPA-300,NPR-101,51137,NPA-700,NPH系列,NPP-301B-200A,NPI-12,NPI-19X-XXXXV,P1602,NPI-15,NPP-301B-200AT,NPI-19,NPA100,NPI-15X-XXXXX,51142,MODUS T,51421,NPI-15X-XXXXXX,51304,51303,NPI-15C-C00903,NPP-301B-700A,51391,NPC-1210XXXX-YZ,51151,51393,51392,51395,NPI-19A-031GH,T10,51394,51031,51397,51399,51313,51433,51314,NPC-100T,51317,51318,NPP-301A-100A,P1302,NPC-100,P1300,51041,51283,NPI-19A-021GH,51282,T20,51045,51322,51046,51445,51324,51444,51323,51326,51325,51328,51327,51329,NPI-19A-002GV,NPI-15VC,NPP-301A-200AT,IPT2000,T30,NPC-1220XXXX-YZ,51298,51331,NPA-500,51330,51333,51299,51332,51335,51334,NPI-19X-XXXXXV,51337,51336,51339,51338,NPP-301B-100A,NPP-301B-100AT,NPA,T系列,P122,P883,NPH,NPI-19A-C01841,NPI-19A-C01840,NPP-301A-700A,T40,51340,NPP-301,51342,51187,51341,NPI-12-101GH,NPI-1,NPC-1220,NPP-301A-700AT,P111,51076,NPC-1210,51114

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Amphenol Sensors(安费诺)/All Sensors MEMS压力传感器选型指南

目录- Product Matrix&Evaluation Kit Millivolt Output (compensated) Digital Output Amplified Output Basic Output (uncompensated) Media Isolated Sensors (Millivolt) Media Isolated Sensors (Amplified) Appendix A: Packaging Appendix B: White Papers Appendix C: Additional Resources

型号- 30 PSI-G-CGRADE-MINI,30 INCH-D1DIP-MV-MINI,ADCA SERIES,SPM-402,BLC SERIES,SPM-401,2 INCH-D2-MV-MINI,1 PSI-D-PRIME-MV,5 PSI-G-PRIME-MINI,5 INCH-D2-MV-MINI,30 INCH-DX-MV-MINI,30 PSI-D-CGRADE-MINI,DLVR-L20D,30 PSI-D-HGRADE-MV,DLVR-L20G,15 PSI-AF-CGRADE-MINI,100 PSI-D-PRIME-MV,DLHR-F50D,MLV-L02D-A6BBF-N,30 PSI-A-CGRADE-MINI,5 PSI-G-4V-PRIME,30 PSI-AF-CGRADE-MINI,BLV-L20D,2 INCH-D1DIP-MV-SDXL,DLHR-L05G,10 INCH-G-4V,CPA 502,10 INCH-D2DIP-MV-MINI,0.3 PSI-G-4V-MIL,10 INCH-D-HGRADE-MINI,30 PSI-D-PRIME-MV,120 CMH2O-D-4V-PRIME,1 INCH-DX-P4V-MINI,ASCX,DLHR-L05D,15 PSI-D-DO,BARO-INHG-DO-MIL-PCB,DLHR-L02D,5 PSI-D-4V-MIL,DLHR-L02G,2.5 INCH-G-4V,DLH-L60D,30 INCH-G-4V-MINI,5 CMH2O-D1-4V-MINI,15 PSI-A-4V-MIL,DLH-L60G,DLVR-L30D,20 INCH-D1DIP-MV-SDXL,BP01-G-4V-MINI,DLVR-L30G,15 PSI-GF-HGRADE-MINI,5 INCH-G-MV-MINI,1 PSI-G-4V-MIL,CPM502□-□□□□□□□□□,SAMP,10 INCH-GF-CGRADE-MINI,BARO-INHG-DO-MIL,BLV-L30D,TM4C1233D5PM,100 PSI-D-4V-PRIME,MLV-L02D,5 INCH-D1DIP-MV-SDXL,15 PSI-A-PRIME-MV,CPA 602,5 PSI-D-4V-ASCX,MDCX,1 PSI-D-4V,100 PSI-X-DO,20 INCH-DX-4V-MINI,5 INCH-D-DO,100 PSI-G-CGRADE-MINI,MLV SERIES,150 PSI-D-4V,0.5 INCH-G-4V,30 PSI-GF-HGRADE-MINI,MLV-L01D,0.3 PSI-D-HGRADE-MV,20 INCH-D-MV,ADO,10 INCH-G-MV-MINI,1 INCH-G-4V,5 INCH-DX-MV-MINI,15 PSI-G-4V,BLC-L30D,0.3 PSI-D-4V,BLVR,0.3 PSI-G-4V-PRIME,150 PSI-D-HGRADE-MV,BLC-L01D-D1,2 INCH-DX-MV-MINI,2 INCH-G-MV-MINI,0.3 PSI-G-HGRADE-MINI,30 PSI-DX-4V-MINI,MLV-030D,100 PSI-D-DO,15 PSI-A-HGRADE-MINI,CPA-602,0.5 INCH-DX-4V-MINI,MCS SERIES,0.3 PSI-G-PRIME-MINI,2 INCH-D-MV,1 PSI-G-CGRADE-MINI,DLC,15 PSI-G-PRIME-MINI,30 PSI-D-4V-PRIME,1 PSI-D-CGRADE-MV,SPM 02,DLH,30 PSI-D-PRIME-MINI,DLVR-L02D-E1NS-C-NI3F,15 PSI-G-HGRADE-MINI,60 INCH-G-4V,MLV-150D,30 PSI-A-4V,FPS,0.3 PSI-DX-4V-MINI,0.3 PSI-GF-PRIME-MINI,DLV,15 PSI-A-CGRADE-MV,120 CMH2O-D1-4V-MINI,30 INCH-G-MV-MIN,BARO-A-4V,15 PSI-GF-PRIME-MINI,BARO-DO-MIL,DLHR-L02DE1NS-CNAV6,10 INCH-GDIP-MV-SDXL,5 PSI-D-4V,15 PSI-AF-PRIME-MINI,20 CMH2O-D1-4V-MINI,MLV-L05D,100 PSI-GF-CGRADE-MINI,5 PSI-D-PRIME-MINI,DLVR-F50D,0.3 PSI-D-4V-MIL,5 INCH-D-MV,DLVR-L05D,DLVR-L05G,15 PSI-G-CGRADE-MINI,0.3 PSI-D-4V-PRIME,15 PSI-D-4V-ASCX,10 INCH-GF-HGRADE-MINI,15 PSI-D-PRIME-MV,4 INCH-G-CGRADE-MINI,150 PSI-G-4V,10 INCH-DX-MV-MINI,60 INCH-DX-P4V-MINI,10 INCH-D1DIP-MV-SDXL,BDS-L10D100A,BLC,30 INCH-D-MV,SPA 401□-□□□□□□□□□□□□□□□□,100 PSI-G-CGRADE-MIN,30 INCH-GDIP-MV-MINI,DLV-005G-E1BD-CNI3F,2 INCH-D2DIP-MV-MINI,20 INCH-D1DIP-MV-MINI,DLV-060D,DLV-060G,30 PSI-A-DO-MIL,1 PSI-D-4V-MIL,DLVR-L02G,1 PSI-D-4V-MINI,DLV-060A,BLV,2 INCH-D1DIP-MV-MINI,15 PSI-D-PRIME-MINI,BDS-L10D030A-N9,10 INCH-DX-P4V-MINI,30 PSI-A-4V-ASCX,CPA602□-□□□□□□□□□,5 PSI-D-CGRADE-MINI,30 PSI-A-HGRADE-MINI,1 PSI-D-DO-MIL,DLVR,2.5 INCH-D-4V,MLV-L10D-A6DXF-N,DLVR-L01D,30 INCH-D1DIP-MV-SDXL,DLVR-L01G,30 PSI-AF-HGRADE-MINI,BLCR-L05D,15 PSI-A-DO,CPA-502,10 INCH-D-DO,1 PSI-G-4V,MCI,BP01-D-MV,DLVR-L02D,5 PSI-G-4V-MIL,DHLR-L10D,MCS,DLHR- L02D + X,BLVR SERIES,DLV-030G,MLV-015D,10 INCH-G-CGRADE-MINI,MLV-015A,DLV-030A,20 INCH-G-P4V-MINI,ACPC,MLV-100D,DLV-030D,5 PSI-D-4V-PRIME,0.3 PSI-D-PRIME-MINI,20 INCH-D-4V,10 INCH-D2DIP-MV-SDXL,120 CMH2O-D-4V,15 PSI-D-HGRADE-MV,DLH-L05G,DLH-L05D,100 PSI-A-4V,5 PSI-GF-HGRADE-MINI,100 PSI-D-HGRADE-MV,BARO-A-4V-MINI,0.3 PSI-D-HGRADE-MINI,1 PSI-GF-HGRADE-MINI,4 INCH-D-HGRADE-MINI,5 PSI-D-4V-MINI,1 INCH-G-P4V-MINI,4 INCH-D-HGRADE-MV,15 PSI-D-HGRADE-MINI,5 PSI-D-HGRADE-MV,10 INCH-GDIP-MV-MINI,BLVR-L10D-B1NS-N,15 PSI-D-4V,4 INCH-GF-HGRADE-MINI,30 PSI-G-PRIME-MINI,1 INCH-G-4V-MINI,PSI-X-4V-ASCX,5 PSI-DX-4V-MINI,100 PSI-G-PRIME-MINI,DLVR-L10D,30 PSI-D-CGRADE-MV,DLVR-L10G,1 PSI-D-HGRADE-MINI,BLC-015A,5 INCH-GDIP-MV-SDXL,SPM 401,0.3 PSI-GF-HGRADE-MINI,SPM 402,30 INCH-D2DIP-MV-MINI,30 PSI-AF-PRIME-MINI,100 PSI-A-DO-MIL,MLV-L10D-A6AAX-N,5 CMH2O-D1-P4V-MINI,5 PSI-D-CGRADE-MV,30 PSI-D-4V,MLV-L10D-A6XAF-N,CPM602,30 INCH-D2-MV-MINI,ASCX SERIES,BARO-A-4V-MINI-PRIME,0.25 INCH-D-4V,DLHR- L10D + X,15 PSI-A-HGRADE-MV,100 PSI-GF-HGRADE-MINI,10 INCH-DX-4V-MINI,BDS-L10D030A,BLCR-L10D,1 PSI-GF-PRIME-MINI,100 PSI-D-CGRADE-MV,BDS SERIES,DLHR-L60D,DLHR-L60G,1 MBAR-D-4V,SPM401□-□□□□□□□□□□□□□□□□,5 PSI-G-HGRADE-MINI,5 PSI-GF-CGRADE-MINI,MAMP,0.3 PSI-G-4V-MINI,ADUX,0.3 PSI-G-CGRADE-MINI,2 INCH-GDIP-MV-SDXL,5 INCH-D-4V,4 INCH-D-CGRADE-MV,5 PSI-D-HGRADE-MINI,30 INCH-D-4V,BLV-L01DB1NS-N,10 INCH-G-PRIME-MINI,15 PSI-D-CGRADE-MV,BLCR,30 PSI-D-HGRADE-MIN,100 PSI-AF-PRIME-MINI,100 PSI-A-HGRADE-MV,20 INCH-GDIP-MV-MINI,CPM-502,MLV-005D,1 PSI-D-DO,BLCR-L20D,BARO-A-4V-PRIME-REF,5 PSI-D-DO-MIL,ABX00004,10 INCH-D1DIP-MV-MINI,10 INCH-D-MV,SPA 401,ABX00002,SPA 402,0.5 INCH-D-MV,30 INCH-D2DIP-MV-SDXL,100 PSI-A-4V-PRIME,1 PSI-D-HGRADE-MV,15 PSI-A-PRIME-MINI,DLH-L05D-E1NS-C-NAV6,5 INCH-DX-P4V-MINI,2 INCH-D2DIP-MV-SDXL,FPS SERIES,0.3 PSI-D-CGRADE-MINI,5 INCH-D2DIP-MV-SDXL,1 PSI-G-PRIME-MINI,30 PSI-A-PRIME-MV,30 PSI-A-4V-PRIME,SPM402□-□□□□□□□□□□□□□□□□,30 PSI-G-4V-MINI,BLC-L05D,MCI SERIES,100 PSI-G-HGRADE-MINI,BLVR-L20D,100 PSI-D-4V,30 PSI-A-4V-MINI,DLH-L10D,10 INCH-D-CGRADE-MINI,DLH-L10G,15 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DLC紧凑型高分辨率压力传感器

描述- 紧凑高分辨率压力传感器特性：压力范围从1inH2O到150psi，高分辨率16位输出，数字I2C接口，1.8V到3.6V供电电压，紧凑的包装尺寸小至7mmx7mm。

型号- DLC-L05D-D3,DLC-L30D-D3,DLC-150G,DLC-L05D-D1,DLC-L30D-D1,DLC-015D-D3,DLC-150D,DLC-015D-D4,DLC-015D-D1,DLC-150A,DLC-005G,DLC-L30G,DLC-L05D-D4,DLC-005D,DLC-L10D,DLC-L02G,DLC-005D-D1,DLC-030D-D1,DLC-005D-D3,DLC-030D-D3,DLC-015A-U5,DLC-L02D,DLC-L10G,DLC-005D-D4,DLC-030D-D4,DLC-L30D,DLC-L30D-D4,DLC-030G,DLC-030D,DLC-030A,DLC-L10D-D1,DLC-100A-U5,DLC-100D-D4,DLC-015A,DLC-L10D-D4,DLC-L10D-D3,DLC,DLC-030G-U2,DLC-100D-D1,DLC-100D-D3,DLC-030G-U1,DLC-150D-D1,DLC-L60D-D3,DLC-150D-D4,DLC-L60D-D4,DLC-150D-D3,DLC-L60D-D1,DLC-L20G-U1,DLC-100G,DLC-L20G-U2,DLC-L60G,DLC-150A-U5,DLC-100D,DLC-L60D,DLC-015G,DLC-L01D-D4,DLC-015D,DLC-L01D-D3,DLC-005G-U2,DLC-100A,DLC-L01D-D1,DLC-005G-U1,DLC-L02G-U1,DLC-L02G-U2,DLC-L20G,DLC-L20D,DLC-L05G-U1,DLC-015G-U2,DLC-L05G-U2,DLC-L10G-U2,DLC-015G-U1,DLC-L10G-U1,DLC-L01G-U1,DLC-L01G-U2,DLC 系列,DLC-L30G-U1,DLC-100G-U2,DLC-L20D-D3,DLC-L20D-D4,DLC-L30G-U2,DLC-100G-U1,DLC-150G-U1,DLC-150G-U2,DLC-L01D,DLC-L05G,DLC-L20D-D1,DLC-L01G,DLC-L02D-D4,DLC-L60G-U2,DLC-030A-U5,DLC-L02D-D3,DLC-L60G-U1,DLC-L05D,DLC-L02D-D1

数据手册 - AMPHENOL SENSORS - Rev A - 2019/8/19 PDF 中文下载

Amphenol Sensors（安费诺）温度传感器/贴片压力传感器/气体传感器产品介绍

描述- 安费诺多品类先进传感器带你感知物联网世界

型号- T6703,SM-UART-04L,NPA-500,NPA-300,NPA-700,SM-PWM-01C,T6713

商品及供应商介绍 - AMPHENOL SENSORS PDF 中文下载

【技术】医疗压力传感器及其在重症监护设备中的应用

除了医生或护士之外，重症监护中使用的设备是确保患者健康和治疗的最重要工具。但是，设备只有在那些最敏感和复杂的组件正常运行时才有效。本文Amphenol Sensors将介绍5种重症监护设备，以及压力传感器如何在其中的功用加持

技术探讨发布时间 : 2023-09-16

All SenSorS压力传感器解决方案

型号- AXCX-C,AXCX-H,ADCX,BLC SERIES,ACPC-C,DLV SERIES,AXCA,ACPC,AXCX-P,ACPC-H,AXCA-PRIME,MAMP,AXCA-MIDDLE,SAMP,ACPC-P,ADUX,BLVR,ADCA,DLC SERIES,BLV SERIES,DLVR,DLH SERIES,BLCR,ADO/ADO,ADO SERIES,MAMP-P,MDCX,ADO/ADO-MIL,AXCX-PRIME-INCH,DLHR,AXCX,MLV SERIES,AXCA-MIL,ADO-MIL

快速参考指南 - AMPHENOL SENSORS PDF 中文下载

【技术】温度对硅阻压力传感器的影响及差分信号放大简要补充分析

本文简单说明硅压阻压力传感器的信号和温补处理对有效信号的影响，以及比较对此类传感器信号处理的方式进行补充，以方便我们使用过程中对于外围信号放大处理部分的正确选用和处理。

技术探讨发布时间 : 2023-06-08

【选型】尺寸小巧的安费诺压力传感器PS-CZ00001满足家用胰岛素泵便携要求，可精确检测堵针情况

病人在接受胰岛素注入时，需要控制注入的胰岛素总量和注入速度。胰岛素是依靠泵的电机进行推动的，这时测量电机的推力显得尤为重要。如在注射胰岛素的过程出现堵针或者注射压力大人体不能耐受时，都可用检测出来以便做出相应的操作来减少对人体造成伤害。本文推荐安费诺压力传感器PS-CZ00001用于家用胰岛素泵注射的优势。

器件选型发布时间 : 2023-06-30