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传统的气象监测要素包括气压、气温、风速、风向、湿度等。而气压是其中重要的参数之一,因此高精度大量程的气象压力传感器的研究对气象业务的发展具有重大意义。在各类传感器中,硅压阻式压力传感器灵敏度高,稳定性好,动态响应好,易于向集成化、智能化方向发展。然而由于压阻效应存在较大的温度系数,这类传感器受温度的影响较大。 本文基于硅压阻式压力传感器芯片,研制了一款新的气压传感器系统,其温度补偿方式为:通过PID算法对加热电阻进行动态控制,对硅压阻式传感器芯片进行加热,并控制其加热功率使其始终工作在一个恒定的局部环境温度。本文的主要工作如下: 1)调研了硅压阻式压力传感器的原理,说明了温度对压力测量的非线性影响,并介绍了几种针对硅压阻式传感器常用的温度补偿方式。同时对芯片加热工作模式进行了调研,并建立了简单的加热模型结构,进行了有限元热学仿真分析。 2)基于硅压阻式压力传感器芯片,设计了一种包括加热电阻、测温传感器的气压传感器结构,可实现对硅压阻传感器芯片进行恒温控制,使其在高于环境温度的条件下工作,免受影响,实现高精度测量。 3)对本文设计的气压传感器系统进行了详细的测试,并根据测试数据和仿真结果对研究进行了改进,并分别对不同方案改进后的传感器系统进行了完整测试,测试结果表明,在宽温度范围内提高了传感器的测试精度。 在-45℃~45℃环境下,本传感器测量气压的精度能够在600hPa-1100hPa量程范围内达到0.5hPa,基本满足气象业务要求。