合 理進(jìn)行壓力傳感器的誤差補償是其應用的關(guān)鍵。壓力傳感器主要有偏移量誤差、靈敏度誤差、線(xiàn)性誤差和滯后誤差，本文將介紹這四種誤差產(chǎn)生的機理和對測試結果的影響，同時(shí)將介紹為提高測量精度的壓力標定方法以及應用實(shí)例。
目前市場(chǎng)上傳感器種類(lèi)豐富多樣，這使得設計工程師可以選擇系統所需的壓力傳感器。這些傳感器既包括最基本的變換器，也包括更為復雜的帶有片上電路的高集成度傳感器。由于存在這些差異，設計工程師必須盡可能夠補償壓力傳感器的測量誤差，這是保證傳感器滿(mǎn)足設計和應用要求的重要步驟。在某些情況下，補償還能提高傳感器在應用中的整體性能。
偏移量、范圍標定以及溫度補償均可以通過(guò)薄膜電阻網(wǎng)絡(luò )實(shí)現，這種薄膜電阻網(wǎng)絡(luò )在封裝過(guò)程中采用激光修正。
該傳感器通常與微控制器結合使用，而微控制器的嵌入軟件本身建立了傳感器數學(xué)模型。微控制器讀取了輸出電壓后，通過(guò)模數轉換器的變換，該模型可以將電壓量轉換為壓力測量值。

傳感器最簡(jiǎn)單的數學(xué)模型即為傳遞函數。該模型可在整個(gè)標定過(guò)程中進(jìn)行優(yōu)化，并且模型的成熟度將隨標定點(diǎn)的增加而增加。

從計量學(xué)的角度看，測量誤差具有相當嚴格的定義：它表征了測量壓力與實(shí)際壓力之間的差異。而通常無(wú)法直接得到實(shí)際壓力，但可以通過(guò)采用適當的壓力標準加以估計，計量人員通常采用那些精度比被測設備高出至少 10 倍的儀器作為測量標準。
由于未經(jīng)標定的系統只能使用典型的靈敏度和偏移值將輸出電壓轉換為壓力，測得的壓力將產(chǎn)生如圖 1 所示的誤差。
這種未經(jīng)標定的初始誤差由以下幾個(gè)部分組成：
a.  偏移量誤差。由于在整個(gè)壓力范圍內垂直偏移保持恒定，因此變換器擴散和激光調節修正的變化將產(chǎn)生偏移量誤差。
b.  靈敏度誤差，產(chǎn)生誤差大小與壓力成正比。如果設備的靈敏度高于典型值，靈敏度誤差將是壓力的遞增函數。如果靈敏度低于典型值，那么靈敏度誤差將是壓力的遞減函數。該誤差的產(chǎn)生原因在于擴散過(guò)程的變化。
c.  線(xiàn)性誤差。這是一個(gè)對初始誤差影響較小的因素，該誤差的產(chǎn)生原因在于硅片的物理非線(xiàn)性，但對于帶放大器的傳感器，還應包括放大器的非線(xiàn)性。線(xiàn)性誤差曲線(xiàn)可以是凹形曲線(xiàn)，也可以是凸形曲線(xiàn)。
d.  滯后誤差：在大多數情形中，滯后誤差完全可以忽略不計，因為硅片具有很高的機械剛度。一般只需在壓力變化很大的情形中考慮滯后誤差。
標定可消除或極大地減小這些誤差，而補償技術(shù)通常要求確定系統實(shí)際傳遞函數的參數，而不是簡(jiǎn)單的使用典型值。電位計、可調電阻以及其他硬件均可在補償過(guò)程中采用，而軟件則能更靈活地實(shí)現這種誤差補償工作。
一點(diǎn)標定法可通過(guò)消除傳遞函數零點(diǎn)處的漂移來(lái)補償偏移量誤差，這類(lèi)標定方法稱(chēng)為自動(dòng)歸零。
偏移量標定通常在零壓力下進(jìn)行，特別是在差動(dòng)傳感器中，因為在標稱(chēng)條件下差動(dòng)壓力通常為 0 。對于純傳感器，偏移量標定則要困難一些，因為它要么需要一個(gè)壓力讀取系統，用以測量其在環(huán)境大氣壓力條件下的標定壓力值，要么需要獲取期望壓力的壓力控制器。

變 動(dòng)傳感器的零壓力標定非常精確，因為標定壓力嚴格為 0 。另一方面，壓力不為 0 時(shí)的標定精確度取決于壓力控制器或測量系統的性能。

選擇標定壓力
標定壓力的選取非常重要，因其決定了獲取最佳精度的壓力范圍。實(shí)際上，經(jīng)過(guò)標定后實(shí)際的偏移量誤差在標定點(diǎn)處最小并一直保持較小的值。因此，標定點(diǎn)必須根據目標壓力范圍加以選擇，而壓力范圍可以不與工作范圍相一致。
為了將輸出電壓轉換為壓力值，由于實(shí)際的靈敏度往往是未知，因此在數學(xué)模型中通常采用典型靈敏度進(jìn)行單點(diǎn)標定。
紅色曲線(xiàn)表示進(jìn)行偏移量標定（ PCAL=0 ）后的誤差曲線(xiàn)，可以發(fā)現誤差曲線(xiàn)相對于表示標定前誤差的黑色曲線(xiàn)產(chǎn)生了垂直偏移。
這種標定方法與一點(diǎn)標定法相比要求更為嚴格，實(shí)現成本也更高。然而與一點(diǎn)標定法相比，該方法可顯著(zhù)提高系統的精度，因為該方法不僅標定了偏移量，還標定了傳感器的靈敏度。因此在誤差計算中可以使用靈敏度實(shí)際值，而非典型值。
綠色曲線(xiàn)表示精度提高。在這里，標定是在 0 至 500 兆巴（滿(mǎn)標度）條件下進(jìn)行。由于在標定點(diǎn)上誤差接近于 0 ，因此為了在期望的壓力范圍內得到最小的測量誤差，正確地設定這些點(diǎn)就顯得尤為重要。某些應用中要求在整個(gè)壓力范圍內保持較高的精確度。在這些應用中，可以采用多點(diǎn)標定法來(lái)得到最理想的結果。在多點(diǎn)標定法中，不僅考慮了偏移量和靈敏度誤差，還考慮了大部分的線(xiàn)性誤差，紫紅色曲線(xiàn)所示。這兒用的數學(xué)模型與每個(gè)標定間距（在兩個(gè)標定點(diǎn)之間）的兩級標定完全一樣。
三點(diǎn)標定
如前所述，線(xiàn)性誤差具有一致的形式，且誤差曲線(xiàn)符合二次方程的曲線(xiàn)，具有可預測的大小和形狀。對于未采用放大器的傳感器更是如此，因為傳感器的非線(xiàn)性從本質(zhì)上是基于機械原因（這是由硅片的薄膜壓力引起）。
線(xiàn)性誤差特性的描述可以通過(guò)計算典型實(shí)例的平均線(xiàn)性誤差，確定多項式函數（ a × 2+bx+c ）的參數而得到。確定了 a 、 b 和 c 后得到的模型對于相同類(lèi)型的傳感器都是有效的。該方法能在無(wú)需第 3 個(gè)標定點(diǎn)的情況下有效地補償線(xiàn)性誤差。
該誤差補償方法只需兩點(diǎn)標定即可將低成本傳感器改進(jìn)為高性能器件（誤差小于滿(mǎn)標度的 0.05% ）。

當然設計工程師要根據實(shí)際應用的精確度要求，選擇最適合的標定方法，此外還需要考慮系統成本。由于有多種集成度和補償技術(shù)可供選擇，設計工程師可根據不同的設計要求選擇適當的方法。